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

Bac 2023, Métropole : exercice 3

11 septembre 2023 · jour 1 · 4 points

Les parties A et B sont indépendantes.
Les probabilités demandées seront données à 10−310^{-3} près.

Pour aider à la détection de certaines allergies, on peut procéder à un test sanguin dont le résultat est soit positif, soit négatif.

Dans une population, ce test donne les résultats suivants :

  • Si un individu est allergique, le test est positif dans 97 % des cas

  • Si un individu n'est pas allergique, le test est négatif dans 95,7 % des cas.

Par ailleurs, 20 % des individus de la population concernée présentent un test positif.

On choisit au hasard un individu dans la population, et on note :

  • AA l'évènement « l'individu est allergique »

  • TT l'évènement « l'individu présente un test positif ».

On notera A‾\overline{A} et T‾\overline{T} les évènements contraires de AA et TT. On appelle par ailleurs xx la probabilité de l'évènement AA : x=p(A)x = p(A).

Partie A

  1. Reproduire et compléter l'arbre ci-contre décrivant la situation, en indiquant sur chaque branche la probabilité correspondante.

    1. Démontrer l'égalité : p(T)=0,927x+0,043p(T) = 0,927x + 0,043.

    2. En déduire la probabilité que l'individu choisi soit allergique.

  2. Justifier par un calcul l'affirmation suivante :

    « Si le test d'un individu choisi au hasard est positif, il y a plus de 80 % de chances que cet individu soit allergique ».

Figure de l'énoncé, exercice 3, Métropole 11 septembre 2023

Partie B

On réalise une enquête sur les allergies dans une ville en interrogeant 150150 habitants choisis au hasard, et on admet que ce choix se ramène à des tirages successifs indépendants avec remise.

On sait que la probabilité qu'un habitant choisi au hasard dans cette ville soit allergique est égale à 0,080,08.

On note XX la variable aléatoire qui à un échantillon de 150150 habitants choisis au hasard associe le nombre de personnes allergiques dans cet échantillon.

  1. Quelle est la loi de probabilité suivie par la variable aléatoire XX ?

    Préciser ses paramètres.

  2. Déterminer la probabilité que 2020 personnes exactement parmi les 150150 interrogées soient allergiques.

  3. Déterminer la probabilité qu'au moins 10 % des personnes parmi les 150150 interrogées soient allergiques.

Voir le corrigé

Partie A

Question 1.

Traduisons les données de l'énoncé en probabilités.

On a P(A)=xP(A)=x, donc P(A‾)=1−xP(\overline{A})=1-x.

Si un individu est allergique, le test est positif dans 97 %97\,\% des cas : PA(T)=0,97P_A(T)=0{,}97, donc PA(T‾)=1−0,97=0,03P_A(\overline{T})=1-0{,}97=0{,}03.

Si un individu n'est pas allergique, le test est négatif dans 95,7 %95{,}7\,\% des cas : PA‾(T‾)=0,957P_{\overline{A}}(\overline{T})=0{,}957, donc PA‾(T)=1−0,957=0,043P_{\overline{A}}(T)=1-0{,}957=0{,}043.

Les branches de l'arbre sont donc complétées ainsi :

  • de la racine vers AA : xx   vers A‾\overline{A} : 1−x1-x

  • de AA vers TT : 0,970{,}97   de AA vers T‾\overline{T} : 0,030{,}03

  • de A‾\overline{A} vers TT : 0,0430{,}043   de A‾\overline{A} vers T‾\overline{T} : 0,9570{,}957.

Question 2. a)

Les évènements AA et A‾\overline{A} forment une partition de l'univers (ils sont incompatibles et leur réunion est l'univers entier, avec P(A)=x≠0P(A)=x\neq0 et P(A‾)≠0P(\overline{A})\neq0).

D'après la formule des probabilités totales :

P(T)=P(A∩T)+P(A‾∩T).P(T)=P(A\cap T)+P(\overline{A}\cap T).

Avec la définition de la probabilité conditionnelle, P(A∩T)=P(A)×PA(T)P(A\cap T)=P(A)\times P_A(T) et P(A‾∩T)=P(A‾)×PA‾(T)P(\overline{A}\cap T)=P(\overline{A})\times P_{\overline{A}}(T). Donc

P(T)=x×0,97+(1−x)×0,043=0,97 x+0,043−0,043 x=0,927 x+0,043.\begin{aligned} P(T) &= x\times 0{,}97+(1-x)\times 0{,}043\\ &= 0{,}97\,x+0{,}043-0{,}043\,x\\ &= 0{,}927\,x+0{,}043. \end{aligned}

Donc P(T)=0,927 x+0,043P(T)=0{,}927\,x+0{,}043.

Question 2. b)

L'énoncé indique que 20 %20\,\% des individus ont un test positif, donc P(T)=0,2P(T)=0{,}2.

D'après la question précédente :

0,927 x+0,043=0,2  ⟺  0,927 x=0,157  ⟺  x=0,1570,927.0{,}927\,x+0{,}043=0{,}2\iff 0{,}927\,x=0{,}157\iff x=\dfrac{0{,}157}{0{,}927}.

À la calculatrice, x≈0,169x\approx 0{,}169 (arrondi au millième).

Donc la probabilité que l'individu choisi soit allergique est x=0,1570,927≈0,169x=\dfrac{0{,}157}{0{,}927}\approx 0{,}169.

Réponse : P(A)=0,1570,927≈0,169P(A)=\dfrac{0{,}157}{0{,}927}\approx 0{,}169.

Question 3.

Il s'agit de calculer la probabilité qu'un individu soit allergique sachant que son test est positif, c'est-à-dire PT(A)P_T(A).

D'après la définition de la probabilité conditionnelle, comme P(T)=0,2≠0P(T)=0{,}2\neq0 :

PT(A)=P(A∩T)P(T)=P(A)×PA(T)P(T)=0,97 x0,2.P_T(A)=\dfrac{P(A\cap T)}{P(T)}=\dfrac{P(A)\times P_A(T)}{P(T)}=\dfrac{0{,}97\,x}{0{,}2}.

En remplaçant xx par sa valeur exacte 0,1570,927\dfrac{0{,}157}{0{,}927} :

PT(A)=0,97×0,1570,9270,2≈0,821.P_T(A)=\dfrac{0{,}97\times\dfrac{0{,}157}{0{,}927}}{0{,}2}\approx 0{,}821.

Comme 0,821>0,80{,}821>0{,}8, si le test d'un individu choisi au hasard est positif, la probabilité que cet individu soit allergique est supérieure à 80 %80\,\%.

Donc l'affirmation est justifiée : cette probabilité vaut environ 82,1 %82{,}1\,\%.

Réponse : PT(A)≈0,821>0,8P_T(A)\approx 0{,}821>0{,}8.

Partie B

Question 1.

On interroge 150150 habitants, et on admet que ce choix se ramène à 150150 tirages successifs indépendants avec remise.

Chaque tirage est une épreuve de Bernoulli : l'habitant est allergique (succès) avec la probabilité p=0,08p=0{,}08, ou ne l'est pas.

Ces 150150 épreuves de Bernoulli sont identiques et indépendantes, et la variable aléatoire XX compte le nombre de succès.

Donc XX suit la loi binomiale de paramètres n=150n=150 et p=0,08p=0{,}08, notée B(150 ; 0,08)\mathcal{B}(150\,;\,0{,}08).

Question 2.

Pour tout entier kk tel que 0⩽k⩽1500\leqslant k\leqslant 150 :

P(X=k)=(150k) 0,08k 0,92150−k.P(X=k)=\binom{150}{k}\,0{,}08^{k}\,0{,}92^{150-k}.

Pour k=20k=20 :

P(X=20)=(15020) 0,0820 0,92130.P(X=20)=\binom{150}{20}\,0{,}08^{20}\,0{,}92^{130}.

À la calculatrice, P(X=20)≈0,008P(X=20)\approx 0{,}008 (arrondi au millième).

Donc la probabilité que exactement 2020 personnes parmi les 150150 interrogées soient allergiques est environ 0,0080{,}008.

Réponse : P(X=20)≈0,008P(X=20)\approx 0{,}008.

Question 3.

On a 10 %×150=1510\,\%\times150=15. Au moins 10 %10\,\% des personnes interrogées sont allergiques si et seulement si X⩾15X\geqslant15.

L'évènement contraire de {X⩾15}\{X\geqslant15\} est {X⩽14}\{X\leqslant14\}, donc

P(X⩾15)=1−P(X⩽14).P(X\geqslant15)=1-P(X\leqslant14).

À la calculatrice, P(X⩽14)≈0,780P(X\leqslant14)\approx 0{,}780, donc P(X⩾15)≈0,220P(X\geqslant15)\approx 0{,}220 (arrondi au millième).

Donc la probabilité qu'au moins 10 %10\,\% des 150150 personnes interrogées soient allergiques est environ 0,2200{,}220.

Réponse : P(X⩾15)≈0,220P(X\geqslant15)\approx 0{,}220.

Points clés attendus

  • Partie A : traduire chaque donnée en probabilité conditionnelle et compléter l'arbre avec les probabilités complémentaires.

  • Question 2. a) : citer la formule des probabilités totales avec la partition {A,A‾}\{A,\overline{A}\}.

  • Question 3 : reconnaître que l'on cherche PT(A)P_T(A) et non PA(T)P_A(T), puis comparer à 0,80{,}8.

  • Partie B : justifier la loi binomiale (épreuves de Bernoulli identiques et indépendantes) et donner ses paramètres.

  • Question 3 : traduire « au moins 10 %10\,\% » par X⩾15X\geqslant15 et passer par l'évènement contraire.

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.

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Revoir le cours

Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2023 (Métropole, 11 septembre 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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