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

Bac 2023, La Réunion : exercice 1

28 mars 2023 · jour 1 · 5 points

Une entreprise appelle des personnes par téléphone pour leur vendre un produit.

  • L'entreprise appelle chaque personne une première fois:

    • la probabilité que la personne ne décroche pas est égale à 0,6

    • si la personne décroche, la probabilité qu'elle achète le produit est égale à 0,3.

  • Si la personne n'a pas décroché au premier appel, on procède à un second appel:

    • la probabilité que la personne ne décroche pas est égale à 0,30,3

    • si la personne décroche, la probabilité qu'elle achète le produit est égale à 0,2.

  • Si une personne ne décroche pas au second appel, on cesse de la contacter.

On choisit une personne au hasard et on considère les évènements suivants :

  •   D1D_1 : « la personne décroche au premier appel »

  •   D2D_2 : « la personne décroche au deuxième appel »

  •   AA : « la personne achète le produit ».

Les deux parties peuvent être traitées de manière indépendante

Partie A

  1. Recopier et compléter l'arbre pondéré ci-contre.

  2. En utilisant l'arbre pondéré, montrer que la probabilité de l'évènement AA est

    P(A)=0,204P(A) = 0,204.

  3. On sait que la personne a acheté le produit.

    Quelle est la probabilité qu'elle ait décroché au premier appel ?

Figure de l'énoncé, exercice 1, La Réunion 28 mars 2023

Partie B

On rappelle que, pour une personne donnée, la probabilité qu'elle achète le produit est égale à 0,2040,204.

  1. On considère un échantillon aléatoire de 3030 personnes.

    On note XX la variable aléatoire qui donne le nombre de personnes de l'échantillon qui achètent le produit.

    1. On admet que X suit une loi binomiale. Donner, sans justifier, ses paramètres.

    2. Déterminer la probabilité qu'exactement 6 personnes de l'échantillon achètent le produit. Arrondir le résultat au millième.

    3. Calculer l'espérance de la variable aléatoire XX.

    Interpréter le résultat.

  2. Soit nn un entier naturel non nul.

    On considère désormais un échantillon de nn personnes.

    Déterminer la plus petite valeur de nn telle que la probabilité qu'au moins l'une des personnes de l'échantillon achète le produit soit supérieure ou égale à 0,990,99.

Voir le corrigé

Partie A

Question 1.

D'après l'énoncé, la probabilité que la personne ne décroche pas au premier appel est P(D1‾)=0,6P\left(\overline{D_1}\right)=0{,}6.

Les évènements D1D_1 et D1‾\overline{D_1} sont contraires, donc

P(D1)=1−P(D1‾)=1−0,6=0,4.P(D_1)=1-P\left(\overline{D_1}\right)=1-0{,}6=0{,}4.

Si la personne décroche au premier appel, elle achète le produit avec la probabilité 0,30{,}3 :

PD1(A)=0,3.P_{D_1}(A)=0{,}3.

Les évènements AA et A‾\overline{A} sont contraires, donc

PD1(A‾)=1−0,3=0,7.P_{D_1}\left(\overline{A}\right)=1-0{,}3=0{,}7.

Si la personne n'a pas décroché au premier appel, on procède à un second appel, et la probabilité qu'elle ne décroche pas est 0,30{,}3 :

PD1‾(D2‾)=0,3.P_{\overline{D_1}}\left(\overline{D_2}\right)=0{,}3.

Les évènements D2D_2 et D2‾\overline{D_2} sont contraires, donc

PD1‾(D2)=1−0,3=0,7.P_{\overline{D_1}}(D_2)=1-0{,}3=0{,}7.

Si la personne décroche au second appel, elle achète le produit avec la probabilité 0,20{,}2 :

PD1‾∩D2(A)=0,2.P_{\overline{D_1}\cap D_2}(A)=0{,}2.

Donc

PD1‾∩D2(A‾)=1−0,2=0,8.P_{\overline{D_1}\cap D_2}\left(\overline{A}\right)=1-0{,}2=0{,}8.

L'arbre pondéré complété porte donc les valeurs suivantes :

  • branche D1D_1 : 0,40{,}4   puis AA : 0,30{,}3 et A‾\overline{A} : 0,70{,}7

  • branche D1‾\overline{D_1} : 0,60{,}6   puis D2D_2 : 0,70{,}7 et D2‾\overline{D_2} : 0,30{,}3

  • à la suite de D1‾∩D2\overline{D_1}\cap D_2 : AA : 0,20{,}2 et A‾\overline{A} : 0,80{,}8.

Question 2.

Les évènements D1D_1 et D1‾\overline{D_1} forment une partition de l'univers.

Une personne n'achète le produit que dans deux cas : elle décroche au premier appel et achète, ou bien elle ne décroche pas au premier appel, décroche au second et achète. En effet, une personne qui ne décroche pas au second appel n'est plus contactée et n'achète donc pas.

Donc

A=(D1∩A)∪(D1‾∩D2∩A),A=\left(D_1\cap A\right)\cup\left(\overline{D_1}\cap D_2\cap A\right),
et ces deux évènements sont incompatibles, puisque D1D_1 et D1‾\overline{D_1} le sont.

D'après la formule des probabilités totales, et en utilisant la formule des probabilités composées sur les branches de l'arbre :

P(A)=P(D1∩A)+P(D1‾∩D2∩A)=P(D1)×PD1(A)+P(D1‾)×PD1‾(D2)×PD1‾∩D2(A)=0,4×0,3+0,6×0,7×0,2=0,12+0,084=0,204.\begin{aligned} P(A)&=P(D_1\cap A)+P\left(\overline{D_1}\cap D_2\cap A\right)\\ &=P(D_1)\times P_{D_1}(A)+P\left(\overline{D_1}\right)\times P_{\overline{D_1}}(D_2)\times P_{\overline{D_1}\cap D_2}(A)\\ &=0{,}4\times 0{,}3+0{,}6\times 0{,}7\times 0{,}2\\ &=0{,}12+0{,}084\\ &=0{,}204. \end{aligned}

Donc la probabilité que la personne achète le produit est bien P(A)=0,204P(A)=0{,}204.

Question 3.

On cherche la probabilité de D1D_1 sachant AA, c'est-à-dire PA(D1)P_A(D_1).

D'après la définition de la probabilité conditionnelle, avec P(A)≠0P(A)\neq 0 :

PA(D1)=P(A∩D1)P(A).P_A(D_1)=\dfrac{P(A\cap D_1)}{P(A)}.

On a P(A∩D1)=0,4×0,3=0,12P(A\cap D_1)=0{,}4\times 0{,}3=0{,}12 et P(A)=0,204P(A)=0{,}204, donc

PA(D1)=0,120,204=120204=1017≈0,588.P_A(D_1)=\dfrac{0{,}12}{0{,}204}=\dfrac{120}{204}=\dfrac{10}{17}\approx 0{,}588.

Donc, sachant que la personne a acheté le produit, la probabilité qu'elle ait décroché au premier appel est 1017\dfrac{10}{17}, soit environ 0,5880{,}588 au millième près.

Réponse : PA(D1)=1017≈0,588P_A(D_1)=\dfrac{10}{17}\approx 0{,}588.

Partie B

Question 1. a)

On répète 3030 fois la même épreuve de Bernoulli (la personne achète ou n'achète pas), de probabilité de succès 0,2040{,}204, ces épreuves étant identiques et indépendantes.

Donc XX suit la loi binomiale de paramètres n=30n=30 et p=0,204p=0{,}204, notée B(30 ; 0,204)\mathcal{B}(30\,;\,0{,}204).

Réponse : X∼B(30 ; 0,204)X\sim\mathcal{B}(30\,;\,0{,}204).

Question 1. b)

Pour une loi binomiale de paramètres nn et pp, on a, pour tout entier kk tel que 0⩽k⩽n0\leqslant k\leqslant n :

P(X=k)=(nk)pk(1−p)n−k.P(X=k)=\binom{n}{k}p^{k}(1-p)^{n-k}.

Ici, n=30n=30, p=0,204p=0{,}204, 1−p=0,7961-p=0{,}796 et k=6k=6 :

P(X=6)=(306)×0,2046×0,79624.P(X=6)=\binom{30}{6}\times 0{,}204^{6}\times 0{,}796^{24}.

À la calculatrice, on obtient P(X=6)≈0,179P(X=6)\approx 0{,}179 au millième près.

Donc la probabilité qu'exactement 66 personnes de l'échantillon achètent le produit est environ 0,1790{,}179.

Réponse : P(X=6)≈0,179P(X=6)\approx 0{,}179.

Question 1. c)

L'espérance d'une variable aléatoire suivant la loi binomiale B(n ; p)\mathcal{B}(n\,;\,p) est E(X)=npE(X)=np.

Donc

E(X)=30×0,204=6,12.E(X)=30\times 0{,}204=6{,}12.

Interprétation : sur un grand nombre d'échantillons de 3030 personnes, le nombre moyen de personnes qui achètent le produit est environ 6,126{,}12 par échantillon.

Réponse : E(X)=6,12E(X)=6{,}12.

Question 2.

Soit nn un entier naturel non nul. On note YnY_n le nombre de personnes qui achètent le produit dans un échantillon de nn personnes.

Comme à la question 1. a), YnY_n suit la loi binomiale B(n ; 0,204)\mathcal{B}(n\,;\,0{,}204).

L'évènement « au moins une personne achète le produit » est le contraire de l'évènement « aucune personne n'achète le produit », donc

P(Yn⩾1)=1−P(Yn=0)=1−(n0)×0,2040×0,796n=1−0,796n.P(Y_n\geqslant 1)=1-P(Y_n=0)=1-\binom{n}{0}\times 0{,}204^{0}\times 0{,}796^{n}=1-0{,}796^{n}.

On cherche le plus petit entier nn tel que P(Yn⩾1)⩾0,99P(Y_n\geqslant 1)\geqslant 0{,}99 :

1−0,796n⩾0,99  ⟺  0,796n⩽0,01.\begin{aligned} 1-0{,}796^{n}\geqslant 0{,}99&\iff 0{,}796^{n}\leqslant 0{,}01. \end{aligned}

La fonction ln⁡\ln est strictement croissante sur ]0 ;+∞[]0\,;+\infty[, et les deux membres sont strictement positifs, donc

0,796n⩽0,01  ⟺  nln⁡(0,796)⩽ln⁡(0,01).0{,}796^{n}\leqslant 0{,}01\iff n\ln(0{,}796)\leqslant \ln(0{,}01).

Comme 0<0,796<10<0{,}796<1, on a ln⁡(0,796)<0\ln(0{,}796)<0. Diviser par ln⁡(0,796)\ln(0{,}796) change le sens de l'inégalité :

n⩾ln⁡(0,01)ln⁡(0,796)≈20,18.n\geqslant \dfrac{\ln(0{,}01)}{\ln(0{,}796)}\approx 20{,}18.

Le plus petit entier naturel vérifiant cette inégalité est 2121.

Contrôle : 1−0,79620≈0,9896<0,991-0{,}796^{20}\approx 0{,}9896<0{,}99 et 1−0,79621≈0,9917⩾0,991-0{,}796^{21}\approx 0{,}9917\geqslant 0{,}99.

Donc la plus petite taille d'échantillon pour laquelle la probabilité qu'au moins une personne achète le produit soit supérieure ou égale à 0,990{,}99 est n=21n=21.

Réponse : n=21n=21.

Points clés attendus

  • Compléter l'arbre en utilisant les évènements contraires sur chaque branche, et rappeler que D2‾\overline{D_2} n'est suivi d'aucun achat.

  • Citer la formule des probabilités totales avec la partition {D1 ;D1‾}\{D_1\,;\overline{D_1}\} et utiliser les probabilités composées sur la branche D1‾∩D2∩A\overline{D_1}\cap D_2\cap A.

  • Utiliser la définition de la probabilité conditionnelle pour la question A.3.

  • Justifier la loi binomiale : nn épreuves de Bernoulli identiques et indépendantes de probabilité 0,2040{,}204.

  • Pour le seuil, passer par l'évènement contraire, puis par le logarithme en précisant le changement de sens de l'inégalité (ln⁡(0,796)<0\ln(0{,}796)<0).

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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 · 5 points · Fonction logarithme · Dérivation et convexité · Continuité et TVI
  • Exercice 3 · 5 points · Suites
  • Exercice 4 · 5 points · Orthogonalité et distances dans l'espace · Vecteurs, droites et plans de l'espace

Revoir le cours

Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2023 (La Réunion, 28 mars 2023 (jour 1)), 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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