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Terminale Spé Maths / Chapitre 12 : Succession d'épreuves et loi binomiale / Annales du bac

Bac 2022, Groupe I : exercice 1

18 mai 2022 · 6 points

Principaux domaines abordés : Probabilités

Dans une station de ski, il existe deux types de forfait selon l'âge du skieur :

  • un forfait JUNIOR pour les personnes de moins de 25 ans

  • un forfait SENIOR pour les autres.

Par ailleurs, un usager peut choisir, en plus du forfait correspondant à son âge l'option coupe-file qui permet d'écourter le temps d'attente aux remontées mécaniques.

On admet que:

  • 20 % des skieurs ont un forfait JUNIOR

  • 80 % des skieurs ont un forfait SENIOR

  • parmi les skieurs ayant un forfait JUNIOR, 6 % choisissent l'option coupe-file

  • parmi les skieurs ayant un forfait SENIOR, 12,5 % choisissent l'option coupe-file.

On interroge un skieur au hasard et on considère les évènements :

  • JJ : « le skieur a un forfait JUNIOR »

  • CC : « le skieur choisit l'option coupe-file ».

Les deux parties peuvent être traitées de manière indépendante

Partie A

  1. Traduire la situation par un arbre pondéré.

  2. Calculer la probabilité P(J∩C)P(J \cap C).

  3. Démontrer que la probabilité que le skieur choisisse l'option coupe-file est égale à 0,1120,112.

  4. Le skieur a choisi l'option coupe-file. Quelle est la probabilité qu'il s'agisse d'un skieur ayant un forfait SENIOR ? Arrondir le résultat à 10−310^{-3}.

  5. Est-il vrai que les personnes de moins de vingt-cinq ans représentent moins de 15 % des skieurs ayant choisi l'option coupe-file ? Expliquer.

Partie B

On rappelle que la probabilité qu'un skieur choisisse l'option coupe-file est égale à 0,112.

On considère un échantillon de 3030 skieurs choisis au hasard.

Soit XX la variable aléatoire qui compte le nombre des skieurs de l'échantillon ayant choisi t'option coupe-file.

  1. On admet que la variable aléatoire XX suit une loi binomiale.

    Donner les paramètres de cette loi.

  2. Calculer la probabilité qu'au moins un des 3030 skieurs ait choisi l'option coupe-file. Arrondir le résultat à 10−310^{-3}.

  3. Calculer la probabilité qu'au plus un des 3030 skieurs ait choisi l'option coupe-file. Arrondir le résultat à 10−310^{-3}.

  4. Calculer l'espérance mathématique de la variable aléatoire XX.

Voir le corrigé

Partie A

Question 1. On traduit les données de l'énoncé en probabilités.

Les skieurs ont un forfait JUNIOR dans 20 %20\,\% des cas et un forfait SENIOR dans 80 %80\,\% des cas. Les évènements JJ et J‾\overline{J} (forfait SENIOR) forment donc une partition de l'univers :

P(J)=0,2etP(J‾)=0,8.P(J)=0{,}2\qquad\text{et}\qquad P(\overline{J})=0{,}8.

Parmi les skieurs JUNIOR, 6 %6\,\% choisissent l'option coupe-file :

PJ(C)=0,06doncPJ(C‾)=1−0,06=0,94.P_J(C)=0{,}06\qquad\text{donc}\qquad P_J(\overline{C})=1-0{,}06=0{,}94.

Parmi les skieurs SENIOR, 12,5 %12{,}5\,\% choisissent l'option coupe-file :

PJ‾(C)=0,125doncPJ‾(C‾)=1−0,125=0,875.P_{\overline{J}}(C)=0{,}125\qquad\text{donc}\qquad P_{\overline{J}}(\overline{C})=1-0{,}125=0{,}875.

L'arbre pondéré comporte donc deux branches issues du départ, JJ (pondérée par 0,20{,}2) et J‾\overline{J} (pondérée par 0,80{,}8). De chacune partent deux branches : CC et C‾\overline{C}, pondérées par 0,060{,}06 et 0,940{,}94 sous JJ, et par 0,1250{,}125 et 0,8750{,}875 sous J‾\overline{J}.

Question 2. On cherche la probabilité de l'intersection de JJ et de CC.

D'après la formule des probabilités conditionnelles, P(J∩C)=P(J)×PJ(C)P(J\cap C)=P(J)\times P_J(C). Donc

P(J∩C)=0,2×0,06=0,012.P(J\cap C)=0{,}2\times 0{,}06=0{,}012.

La probabilité que le skieur ait un forfait JUNIOR et choisisse l'option coupe-file est donc 0,0120{,}012.

Réponse : P(J∩C)=0,012P(J\cap C)=0{,}012.

Question 3. Les évènements JJ et J‾\overline{J} forment une partition de l'univers (ils sont incompatibles et leur réunion est l'univers).

D'après la formule des probabilités totales :

P(C)=P(J∩C)+P(J‾∩C).P(C)=P(J\cap C)+P(\overline{J}\cap C).

On connaît P(J∩C)=0,012P(J\cap C)=0{,}012 d'après la question 2. De plus, d'après la formule des probabilités conditionnelles :

P(J‾∩C)=P(J‾)×PJ‾(C)=0,8×0,125=0,1.P(\overline{J}\cap C)=P(\overline{J})\times P_{\overline{J}}(C)=0{,}8\times 0{,}125=0{,}1.

On en déduit

P(C)=0,012+0,1=0,112.\begin{aligned} P(C)&=0{,}012+0{,}1\\ &=0{,}112. \end{aligned}

Donc la probabilité que le skieur choisisse l'option coupe-file est égale à 0,1120{,}112.

Question 4. On cherche la probabilité que le skieur ait un forfait SENIOR sachant qu'il a choisi l'option coupe-file, c'est-à-dire PC(J‾)P_C(\overline{J}).

On a P(C)=0,112≠0P(C)=0{,}112\neq 0. D'après la définition de la probabilité conditionnelle :

PC(J‾)=P(J‾∩C)P(C)=0,10,112=100112=2528.P_C(\overline{J})=\dfrac{P(\overline{J}\cap C)}{P(C)}=\dfrac{0{,}1}{0{,}112}=\dfrac{100}{112}=\dfrac{25}{28}.

Une valeur approchée de 2528\dfrac{25}{28} est 0,8928…0{,}8928\ldots, soit 0,8930{,}893 arrondie au millième.

Donc, sachant que le skieur a choisi l'option coupe-file, la probabilité qu'il ait un forfait SENIOR est environ 0,8930{,}893.

Réponse : PC(J‾)=2528≈0,893P_C(\overline{J})=\dfrac{25}{28}\approx 0{,}893.

Question 5. Les personnes de moins de vingt-cinq ans sont les skieurs ayant un forfait JUNIOR. Leur part parmi les skieurs ayant choisi l'option coupe-file est PC(J)P_C(J).

Les évènements JJ et J‾\overline{J} sont contraires, donc PC(J)P_C(J) et PC(J‾)P_C(\overline{J}) sont de somme égale à 11 :

PC(J)=1−PC(J‾)=1−2528=328.P_C(J)=1-P_C(\overline{J})=1-\dfrac{25}{28}=\dfrac{3}{28}.

On retrouve ce résultat par le calcul direct :

PC(J)=P(J∩C)P(C)=0,0120,112=328≈0,107.P_C(J)=\dfrac{P(J\cap C)}{P(C)}=\dfrac{0{,}012}{0{,}112}=\dfrac{3}{28}\approx 0{,}107.

Cela représente environ 10,7 %10{,}7\,\% des skieurs ayant choisi l'option coupe-file. Or 10,7 %<15 %10{,}7\,\%<15\,\%.

L'affirmation est donc vraie : les personnes de moins de vingt-cinq ans représentent moins de 15 %15\,\% des skieurs ayant choisi l'option coupe-file.

Partie B

Question 1. Le tirage d'un skieur et l'observation du choix de l'option coupe-file est une épreuve de Bernoulli, de probabilité de succès p=P(C)=0,112p=P(C)=0{,}112.

On choisit 3030 skieurs au hasard dans l'échantillon : on suppose, comme l'énoncé l'admet, qu'on répète 3030 fois cette épreuve de façon identique et indépendante. La variable aléatoire XX compte le nombre de succès.

Donc XX suit la loi binomiale de paramètres n=30n=30 et p=0,112p=0{,}112.

Réponse : X↪B(30 ;0,112)X\hookrightarrow\mathcal{B}(30\,;0{,}112).

Question 2. L'évènement « au moins un skieur a choisi l'option coupe-file » est l'évènement contraire de {X=0}\{X=0\}. Donc

P(X⩾1)=1−P(X=0).P(X\geqslant 1)=1-P(X=0).

Pour une loi binomiale, P(X=0)=(300) 0,1120 (1−0,112)30=0,88830P(X=0)=\dbinom{30}{0}\,0{,}112^{0}\,(1-0{,}112)^{30}=0{,}888^{30}.

On obtient, à la calculatrice, 0,88830≈0,02830{,}888^{30}\approx 0{,}0283, donc

P(X⩾1)=1−0,88830≈0,9717≈0,972(arrondie au millieˋme).P(X\geqslant 1)=1-0{,}888^{30}\approx 0{,}9717\approx 0{,}972\quad\text{(arrondie au millième).}

Donc la probabilité qu'au moins un des 3030 skieurs ait choisi l'option coupe-file est environ 0,9720{,}972.

Réponse : P(X⩾1)≈0,972P(X\geqslant 1)\approx 0{,}972.

Question 3. L'évènement « au plus un skieur a choisi l'option coupe-file » est {X⩽1}={X=0}∪{X=1}\{X\leqslant 1\}=\{X=0\}\cup\{X=1\}, réunion de deux évènements incompatibles. Donc

P(X⩽1)=P(X=0)+P(X=1).P(X\leqslant 1)=P(X=0)+P(X=1).

On a P(X=0)=0,88830P(X=0)=0{,}888^{30} et

P(X=1)=(301)×0,1121×0,88829=30×0,112×0,88829.P(X=1)=\dbinom{30}{1}\times 0{,}112^{1}\times 0{,}888^{29}=30\times 0{,}112\times 0{,}888^{29}.

À la calculatrice : P(X=0)≈0,0283P(X=0)\approx 0{,}0283 et P(X=1)≈0,1072P(X=1)\approx 0{,}1072. Donc

P(X⩽1)≈0,1356≈0,136(arrondie au millieˋme).P(X\leqslant 1)\approx 0{,}1356\approx 0{,}136\quad\text{(arrondie au millième).}

Donc la probabilité qu'au plus un des 3030 skieurs ait choisi l'option coupe-file est environ 0,1360{,}136.

Réponse : P(X⩽1)≈0,136P(X\leqslant 1)\approx 0{,}136.

Question 4. XX suit la loi binomiale de paramètres n=30n=30 et p=0,112p=0{,}112. Son espérance est donc

E(X)=np=30×0,112=3,36.E(X)=np=30\times 0{,}112=3{,}36.

Donc, en moyenne, 3,363{,}36 skieurs sur 3030 choisissent l'option coupe-file.

Réponse : E(X)=3,36E(X)=3{,}36.

Points clés attendus

  • Traduire les données en probabilités (P(J)P(J), PJ(C)P_J(C), PJ‾(C)P_{\overline{J}}(C)) et nommer les évènements.

  • Citer la formule des probabilités totales en précisant que JJ et J‾\overline{J} forment une partition de l'univers.

  • Utiliser la définition de la probabilité conditionnelle pour la probabilité « à l'envers » PC(J‾)P_C(\overline{J}), puis comparer PC(J)P_C(J) à 15 %15\,\% pour répondre à la question 5.

  • Justifier la loi binomiale (répétition de 3030 épreuves de Bernoulli identiques et indépendantes) et donner ses paramètres.

  • Passer par l'évènement contraire pour « au moins un » et respecter l'arrondi demandé.

Corrigé rédigé par + qu'un prof. Cherche d'abord seul, puis compare avec ta propre rédaction.

Comment t'entraîner

Chronomètre-toi, rédige sur papier comme le jour du bac, puis seulement après regarde le cours. Si tu bloques sur une question, écris « on admet que… » et passe à la suivante.

Les autres exercices de ce sujet

  • Exercice 2 · 6 points · Fonction logarithme · Suites · Dérivation et convexité
  • Exercice 3 · 6 points · Suites · Dérivation et convexité · Continuité et TVI
  • Exercice 4 · 6 points · Orthogonalité et distances dans l'espace

Revoir le cours

Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2022 (Groupe I, 18 mai 2022), ministère de l'Éducation nationale. Énoncé mis en forme pour le web à partir du tapuscrit de l'APMEP (Denis Vergès) ; figures issues des fichiers de l'APMEP. En cas de doute sur un détail, le sujet officiel fait foi.

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