Terminale Spé Maths / Chapitre 12 : Succession d'épreuves et loi binomiale / Annales du bac
Bac 2024, Amérique du Sud : exercice 2
On dispose de deux urnes opaques U et U.
L'urne U contient 4 boules noires et 6 boules blanches.
L'urne U contient 1 boule noire et 3 boules blanches.
On considère l'expérience aléatoire suivante :
On pioche au hasard une boule dans U que l'on place dans U, puis on pioche au hasard une boule dans U.
On note:
l'évènement « Piocher une boule noire dans l'urne U ».
l'évènement « Piocher une boule noire dans l'urne U ».
Pour tout évènement , on note son évènement contraire.
PARTIE A
On considère l'arbre de probabilités ci-contre.
Justifier que la probabilité de piocher une boule noire dans l'urne U sachant qu'on a pioché une boule blanche dans l'urne U est .
Recopier et compléter l'arbre de probabilités ci-contre, en faisant apparaître sur chaque branche les probabilités des évènements concernés, sous forme décimale.

Calculer la probabilité de piocher une boule noire dans l'urne U et une boule noire dans l'urne U.
Justifier que la probabilité de piocher une boule noire dans l'urne U est égale à 0,28.
On a pioché une boule noire dans l'urne U
Calculer la probabilité d'avoir pioché une boule blanche dans l'urne U . On donnera le résultat sous forme décimale arrondie à .
PARTIE B
désigne un entier naturel non nul.
L'expérience aléatoire précédente est répétée fois de façon identique et indépendante, c'est-à-dire que les urnes U et U sont remises dans leur configuration initiale, avec respectivement 4 boules noires et 6 boules blanches dans l'urne U et 1 boule noire et 3 boules blanches dans l'urne U, entre chaque expérience.
On note la variable aléatoire qui compte le nombre de fois où on pioche une boule noire dans l'urne U.
On rappelle que la probabilité de piocher une boule noire dans l'urne U est égale à 0,28 et celle de piocher une boule blanche dans l'urne U est égale à .
Déterminer la loi de probabilité suivie par . Justifier votre réponse.
Déterminer par le calcul le plus petit entier naturel n tel que:
Interpréter le résultat précédent dans le contexte de l'expérience.
PARTIE C
Dans cette partie les urnes U et U sont remises dans leur configuration initiale, avec respectivement 4 boules noires et 6 boules blanches dans l'urne U et 1 boule noire et 3 boules blanches dans l'urne U.
On considère la nouvelle expérience aléatoire suivante :
On pioche simultanément deux boules dans l'urne U que l'on place dans l'urne U, puis on pioche au hasard une boule dans l'urne U.
Combien y a-t-il de tirages possibles de deux boules simultanément dans l'urne U ?
Combien y a-t-il de tirages possibles de deux boules simultanément dans l'urne U contenant exactement une boule blanche et une boule noire ?
La probabilité de piocher une boule noire dans l'urne U avec cette nouvelle expérience est- elle supérieure à la probabilité de tirer une boule noire dans l'urne U avec l'expérience de la partie A ? Justifier votre réponse.
On pourra s'aider d'un arbre pondéré modélisant cette expérience.
Voir le corrigé
Partie A
Question 1. a)
Si l'on a pioché une boule blanche dans l'urne U, c'est-à-dire si est réalisé, cette boule blanche est placée dans U.
L'urne U contient alors boules, dont noire et blanches.
On pioche au hasard une boule dans U : les boules sont équiprobables, donc
Donc la probabilité de piocher une boule noire dans U sachant qu'on a pioché une boule blanche dans U est bien égale à .
Question 1. b)
Première génération de branches. L'urne U contient boules dont noires et blanches, toutes équiprobables :
Branches issues de . Si une boule noire de U est placée dans U, l'urne U contient boules dont noires et blanches. Donc
Branches issues de . D'après la question 1. a), , donc
L'arbre est donc complété ainsi :
, ,
, , .
Question 2.
On cherche la probabilité de piocher une boule noire dans U et une boule noire dans U, c'est-à-dire .
D'après la formule des probabilités conditionnelles,
Donc la probabilité de piocher une boule noire dans U puis une boule noire dans U est égale à .
Réponse : .
Question 3.
Les évènements et forment une partition de l'univers : ils sont incompatibles et leur réunion est l'univers, avec et .
D'après la formule des probabilités totales,
On a et
Donc
Donc la probabilité de piocher une boule noire dans l'urne U est bien égale à .
Question 4.
On cherche la probabilité d'avoir pioché une boule blanche dans U sachant qu'on a pioché une boule noire dans U, c'est-à-dire .
D'après la définition de la probabilité conditionnelle (avec ),
Donc, sachant qu'on a pioché une boule noire dans U, la probabilité d'avoir pioché une boule blanche dans U est environ (arrondie à ).
Réponse : .
Partie B
Question 1.
On considère l'épreuve de Bernoulli qui consiste à réaliser une fois l'expérience aléatoire de la partie A, avec pour succès « piocher une boule noire dans U » de probabilité .
L'expérience est répétée fois de façon identique et indépendante : les urnes sont remises dans leur configuration initiale entre deux expériences.
La variable aléatoire compte le nombre de succès au cours de ces épreuves de Bernoulli identiques et indépendantes.
Donc suit la loi binomiale de paramètres et :
Question 2.
On résout l'inéquation d'inconnue entier naturel non nul :
La fonction est strictement croissante sur : on l'applique aux deux membres, qui sont strictement positifs, en conservant le sens de l'inégalité :
Comme , on a . On divise par ce nombre strictement négatif, ce qui change le sens de l'inégalité :
Le plus petit entier vérifiant cette inégalité est donc .
Vérification : et .
Donc le plus petit entier naturel tel que est .
Réponse : .
Question 3.
On a , puisque .
L'inégalité signifie donc .
Donc il faut répéter l'expérience au moins fois pour que la probabilité de piocher au moins une boule noire dans l'urne U soit supérieure ou égale à .
Partie C
Question 1.
Un tirage simultané de deux boules dans U, qui contient boules, est une combinaison de éléments parmi :
Donc il y a tirages possibles de deux boules simultanément dans U.
Réponse : .
Question 2.
Pour obtenir une boule blanche et une boule noire, on choisit une boule blanche parmi et une boule noire parmi :
Donc il y a tirages contenant exactement une boule blanche et une boule noire.
Réponse : .
Question 3.
On note :
l'évènement « les deux boules tirées dans U sont noires »
l'évènement « les deux boules tirées dans U sont de couleurs différentes »
l'évènement « les deux boules tirées dans U sont blanches ».
Les tirages sont équiprobables, donc
On vérifie que : ces trois évènements forment une partition de l'univers.
Après le transfert, l'urne U contient boules, et l'on y pioche une boule au hasard :
si est réalisé, U contient boules noires sur , donc
si est réalisé, U contient boules noires sur , donc
si est réalisé, U contient boule noire sur , donc .
D'après la formule des probabilités totales, avec la partition ,
Avec l'expérience de la partie A, la probabilité de piocher une boule noire dans U est . Comme , on conclut.
Donc la probabilité de piocher une boule noire dans l'urne U avec cette nouvelle expérience est supérieure à celle de l'expérience de la partie A.
Réponse : oui, .
Points clés attendus
Traduire les données de l'énoncé en probabilités conditionnelles en décrivant le contenu de U après le transfert.
Citer la formule des probabilités totales avec la partition (, en partie A , , en partie C).
Calculer la probabilité conditionnelle avec le quotient et arrondir à .
Justifier la loi binomiale : épreuves de Bernoulli identiques et indépendantes, de probabilité de succès .
Résoudre avec , en changeant le sens de l'inégalité car , puis interpréter avec .
Dénombrer les tirages simultanés avec les combinaisons.
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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Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2024 (Amérique du Sud, 21 novembre 2024 (jour 1)), ministère de l'Éducation nationale. Énoncé mis en forme pour le web à partir du tapuscrit de l'APMEP (Denis Vergès et François Hache) ; figures issues des fichiers de l'APMEP. En cas de doute sur un détail, le sujet officiel fait foi.
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