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

Bac 2022, Nouvelle-Calédonie : exercice 1

27 octobre 2022 · 7 points

Principaux domaines abordés : Probabilités

Au basket-ball, il existe deux sortes de tir :

  • les tirs à deux points.

    Ils sont réalisés près du panier et rapportent deux points s'ils sont réussis.

  • les tirs à trois points.

    Ils sont réalisés loin du panier et rapportent trois points s'ils sont réussis.

Stéphanie s'entraîne au tir. On dispose des données suivantes :

  • Un quart de ses tirs sont des tirs à deux points. Parmi eux, 60 % sont réussis.

  • Trois quarts de ses tirs sont des tirs à trois points. Parmi eux, 35 % sont réussis.

  1. Stéphanie réalise un tir.

    On considère les évènements suivants :

    •   DD : « Il s'agit d'un tir à deux points ».

    •   RR : « le tir est réussi ».

    1. Représenter la situation à l'aide d'un arbre de probabilités.

    2. Calculer la probabilité p(D‾∩R)p\left(\overline{D} \cap R\right).

    3. Démontrer que la probabilité que Stéphanie réussisse un tir est égale à 0,41250,4125.

    4. Stéphanie réussit un tir. Calculer la probabilité qu'il s'agisse d'un tir à trois points. Arrondir le résultat au centième.

  2. Stéphanie réalise à présent une série de 1010 tirs à trois points.

    On note XX la variable aléatoire qui compte le nombre de tirs réussis.

    On considère que les tirs sont indépendants. On rappelle que la probabilité que Stéphanie réussisse un tir à trois points est égale à 0,350,35.

    1. Justifier que XX suit une loi binomiale. Préciser ses paramètres.

    2. Calculer l'espérance de XX. Interpréter le résultat dans le contexte de l'exercice.

    3. Déterminer la probabilité que Stéphanie rate 44 tirs ou plus. Arrondir le résultat au centième.

    4. Déterminer la probabilité que Stéphanie rate au plus 44 tirs. Arrondir le résultat au centième.

  3. Soit nn un entier naturel non nul.

    Stéphanie souhaite réaliser une série de nn tirs à trois points.

    On considère que les tirs sont indépendants. On rappelle que la probabilité qu'elle réussisse un tir à trois points est égale à 0,350,35.

    Déterminer la valeur minimale de nn pour que la probabilité que Stéphanie réussisse au moins un tir parmi les nn tirs soit supérieure ou égale à 0,990,99.

Voir le corrigé

Question 1. a)

Les données de l'énoncé se traduisent ainsi : un quart des tirs sont des tirs à deux points, donc

p(D)=14,p(D‾)=1−14=34.p(D)=\dfrac14,\qquad p\left(\overline{D}\right)=1-\dfrac14=\dfrac34.

Parmi les tirs à deux points, 60 %60\,\% sont réussis :

pD(R)=0,6,pD(R‾)=1−0,6=0,4.p_D(R)=0{,}6,\qquad p_D\left(\overline{R}\right)=1-0{,}6=0{,}4.

Parmi les tirs à trois points, 35 %35\,\% sont réussis :

pD‾(R)=0,35,pD‾(R‾)=1−0,35=0,65.p_{\overline{D}}(R)=0{,}35,\qquad p_{\overline{D}}\left(\overline{R}\right)=1-0{,}35=0{,}65.

Arbre pondéré : deux branches issues de la racine, DD (poids 14\dfrac14) et D‾\overline{D} (poids 34\dfrac34). De DD partent les branches RR (poids 0,60{,}6) et R‾\overline{R} (poids 0,40{,}4). De D‾\overline{D} partent les branches RR (poids 0,350{,}35) et R‾\overline{R} (poids 0,650{,}65).

Question 1. b)

D'après la formule des probabilités composées (ou définition de la probabilité conditionnelle),

p(D‾∩R)=p(D‾)×pD‾(R).p\left(\overline{D}\cap R\right)=p\left(\overline{D}\right)\times p_{\overline{D}}(R).

On remplace par les valeurs de l'arbre :

p(D‾∩R)=34×0,35=0,75×0,35=0,2625.p\left(\overline{D}\cap R\right)=\dfrac34\times 0{,}35=0{,}75\times0{,}35=0{,}2625.

Donc la probabilité que le tir soit un tir à trois points et soit réussi est 0,26250{,}2625.

Réponse : p(D‾∩R)=0,2625p\left(\overline{D}\cap R\right)=0{,}2625.

Question 1. c)

Les évènements DD et D‾\overline{D} forment une partition de l'univers : ils sont incompatibles et leur réunion est l'univers entier. D'après la formule des probabilités totales,

p(R)=p(D∩R)+p(D‾∩R).p(R)=p(D\cap R)+p\left(\overline{D}\cap R\right).

On calcule chaque terme :

p(D∩R)=p(D)×pD(R)=14×0,6=0,15.p(D\cap R)=p(D)\times p_D(R)=\dfrac14\times0{,}6=0{,}15.

On a obtenu à la question précédente p(D‾∩R)=0,2625p\left(\overline{D}\cap R\right)=0{,}2625. Donc

p(R)=0,15+0,2625=0,4125.\begin{aligned} p(R)&=0{,}15+0{,}2625\\ &=0{,}4125. \end{aligned}

Donc la probabilité que Stéphanie réussisse un tir est bien égale à 0,41250{,}4125.

Question 1. d)

On cherche la probabilité que le tir soit un tir à trois points sachant qu'il est réussi, c'est-à-dire pR(D‾)p_R\left(\overline{D}\right). On a p(R)=0,4125≠0p(R)=0{,}4125\neq0, donc, par définition de la probabilité conditionnelle,

pR(D‾)=p(R∩D‾)p(R)=0,26250,4125=711.p_R\left(\overline{D}\right)=\dfrac{p\left(R\cap\overline{D}\right)}{p(R)}=\dfrac{0{,}2625}{0{,}4125}=\dfrac{7}{11}.

Une valeur approchée est 0,6364…0{,}6364\ldots, soit 0,640{,}64 au centième.

Donc, sachant que Stéphanie a réussi son tir, la probabilité qu'il s'agisse d'un tir à trois points est environ 0,640{,}64.

Réponse : pR(D‾)=711≈0,64p_R\left(\overline{D}\right)=\dfrac{7}{11}\approx0{,}64 (arrondi au centième).

Question 2. a)

On répète 1010 fois la même épreuve : un tir à trois points. Cette épreuve n'a que deux issues : le succès (tir réussi), de probabilité p=0,35p=0{,}35, et l'échec (tir raté), de probabilité 0,650{,}65. C'est une épreuve de Bernoulli.

L'énoncé précise que les tirs sont indépendants. Les 1010 épreuves sont donc identiques et indépendantes.

La variable aléatoire XX compte le nombre de succès au cours de ces 1010 épreuves. Donc XX suit la loi binomiale de paramètres n=10n=10 et p=0,35p=0{,}35, notée B(10 ;0,35)\mathcal{B}(10\,;0{,}35).

Réponse : X∼B(10 ;0,35)X\sim\mathcal{B}(10\,;0{,}35).

Question 2. b)

Pour une loi binomiale B(n ;p)\mathcal{B}(n\,;p), l'espérance vaut E(X)=npE(X)=np. Donc

E(X)=10×0,35=3,5.E(X)=10\times0{,}35=3{,}5.

Donc, en répétant un grand nombre de séries de 1010 tirs à trois points, Stéphanie réussit en moyenne 3,53{,}5 tirs par série.

Réponse : E(X)=3,5E(X)=3{,}5.

Question 2. c)

Le nombre de tirs ratés est 10−X10-X. Rater 44 tirs ou plus s'écrit 10−X⩾410-X\geqslant4, ce qui équivaut à X⩽6X\leqslant6.

On cherche donc P(X⩽6)P(X\leqslant6). À la calculatrice, avec la loi binomiale B(10 ;0,35)\mathcal{B}(10\,;0{,}35),

P(X⩽6)≈0,974.P(X\leqslant6)\approx0{,}974.

Donc la probabilité que Stéphanie rate au moins 44 tirs est environ 0,970{,}97 (arrondie au centième).

Réponse : P(X⩽6)≈0,97P(X\leqslant6)\approx0{,}97.

Question 2. d)

Rater au plus 44 tirs s'écrit 10−X⩽410-X\leqslant4, ce qui équivaut à X⩾6X\geqslant6.

On cherche donc P(X⩾6)P(X\geqslant6). On a P(X⩾6)=1−P(X⩽5)P(X\geqslant6)=1-P(X\leqslant5) et, à la calculatrice,

P(X⩾6)≈0,0949.P(X\geqslant6)\approx0{,}0949.

Donc la probabilité que Stéphanie rate au plus 44 tirs est environ 0,090{,}09 (arrondie au centième).

Réponse : P(X⩾6)≈0,09P(X\geqslant6)\approx0{,}09.

Question 3.

Soit YY la variable aléatoire qui compte le nombre de tirs réussis parmi nn tirs à trois points. Les tirs sont indépendants et de même probabilité de succès 0,350{,}35 : YY suit la loi binomiale B(n ;0,35)\mathcal{B}(n\,;0{,}35).

L'évènement contraire de « réussir au moins un tir » est « ne réussir aucun tir ». Donc

P(Y⩾1)=1−P(Y=0)=1−(n0)×0,350×0,65n=1−0,65n.P(Y\geqslant1)=1-P(Y=0)=1-\binom{n}{0}\times0{,}35^0\times0{,}65^{n}=1-0{,}65^{n}.

On cherche le plus petit entier n⩾1n\geqslant1 tel que 1−0,65n⩾0,991-0{,}65^{n}\geqslant0{,}99. On résout :

1−0,65n⩾0,99  ⟺  0,65n⩽0,01  ⟺  ln⁡(0,65n)⩽ln⁡(0,01)(la fonction ln⁡ est strictement croissante sur ]0 ;+∞[)  ⟺  nln⁡(0,65)⩽ln⁡(0,01).\begin{aligned} 1-0{,}65^{n}\geqslant0{,}99&\iff 0{,}65^{n}\leqslant0{,}01\\ &\iff \ln\left(0{,}65^{n}\right)\leqslant\ln(0{,}01)\quad(\text{la fonction }\ln\text{ est strictement croissante sur }]0\,;+\infty[)\\ &\iff n\ln(0{,}65)\leqslant\ln(0{,}01). \end{aligned}

Or 0,65<10{,}65<1, donc ln⁡(0,65)<0\ln(0{,}65)<0. En divisant par ce nombre strictement négatif, on change le sens de l'inégalité :

n⩾ln⁡(0,01)ln⁡(0,65)≈10,69.n\geqslant\dfrac{\ln(0{,}01)}{\ln(0{,}65)}\approx10{,}69.

Le plus petit entier vérifiant cette condition est n=11n=11.

Vérification : 1−0,6510≈0,9865<0,991-0{,}65^{10}\approx0{,}9865<0{,}99 et 1−0,6511≈0,9912⩾0,991-0{,}65^{11}\approx0{,}9912\geqslant0{,}99.

Donc Stéphanie doit réaliser au moins 1111 tirs à trois points pour que la probabilité de réussir au moins un tir soit supérieure ou égale à 0,990{,}99.

Réponse : n=11n=11.

Points clés attendus

  • Traduire correctement les données en probabilités conditionnelles et construire l'arbre pondéré.

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

  • Justifier la loi binomiale : nn épreuves de Bernoulli identiques et indépendantes, avec nn et pp précisés.

  • Passer des tirs ratés aux tirs réussis (10−X10-X) avant d'utiliser la calculatrice.

  • Résoudre l'inéquation avec le logarithme en changeant le sens de l'inégalité car ln⁡(0,65)<0\ln(0{,}65)<0, puis conclure par un entier.

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Revoir le cours

Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2022 (Nouvelle-Calédonie, 27 octobre 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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