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Terminale Spé Maths / Chapitre 1 : Suites / Annales du bac

Bac 2025, Asie : exercice 4

5 septembre 2025 · 5,25 points

Soit nn un entier naturel non nul.

Dans le cadre d'une expérience aléatoire, on considère une suite d'évènements AnA_{n} et on note pnp_{n} la probabilité de l'évènement AnA_{n}.

Pour les parties A et B de l'exercice, on considère que :

  • Si l'évènement AnA_{n} est réalisé alors l'évènement An+1A_{n+1} est réalisé avec une probabilité 0,3.

  • Si l'évènement AnA_{n} n'est pas réalisé alors l'évènement An+1A_{n+1} est réalisé avec une probabilité 0,7.

On suppose que p1=1p_{1}=1.

Partie A :

  1. Recopier et compléter les probabilités sur les branches de l'arbre des probabilités ci-dessous:

    Figure de l'énoncé, exercice 4, Asie 5 septembre 2025
  2. Montrer que p3=0,58p_{3}=0,58.

  3. Calculer la probabilité conditionnelle PA3(A2)P_{A_{3}}\left(A_{2}\right), arrondir le résultat à 10−210^{-2} près.

Partie B :

Dans cette partie, on étudie la suite (pn)\big(p_{n}\big) avec n⩾1n \geqslant 1.

  1. Recopier et compléter les probabilités sur les branches de l'arbre des probabilités ci-dessous :

    Figure de l'énoncé, exercice 4, Asie 5 septembre 2025
    1. Montrer que, pour tout entier naturel nn non nul : pn+1=−0,4pn+0,7p_{n+1}=-0,4 p_{n}+0,7.

    On considère la suite (un)\big(u_{n}\big), définie pour tout entier naturel nn non nul par :

    un=pn−0,5u_{n}=p_{n}-0,5.

    1. Montrer que (un)\big(u_{n}\big) est une suite géométrique dont on précisera la raison et le premier terme.

    2. En déduire l'expression de unu_{n}, puis de pnp_{n} en fonction de nn.

    3. Déterminer la limite de la suite (pn)\big(p_{n}\big).

Partie C :

Soit x∈]0  ;  1[x \in ]0 \;;\; 1[, on suppose que PAn‾(An+1)=PAn(An+1‾)=xP_{\overline{A_{n}}}\left(A_{n+1}\right)= P_{A_{n}}\left(\overline{A_{n+1}}\right)=x. On rappelle que p1=1p_{1}=1.

  1. Montrer que pour tout entier naturel nn non nul : pn+1=(1−2x)pn+xp_{n+1}=(1 - 2x) p_{n}+x.

  2. Démontrer par récurrence sur nn que, pour tout entier naturel nn non nul :

    pn=12(1−2x)n−1+12p_{n}=\dfrac{1}{2}(1-2 x)^{n-1}+\dfrac{1}{2}

  3. Montrer que la suite (pn)\big(p_{n}\big) est convergente et donner sa limite.

Voir le corrigé

Partie A

Question 1. D'après l'énoncé, si AnA_n est réalisé, alors An+1A_{n+1} est réalisé avec la probabilité 0,30{,}3 : PAn(An+1)=0,3P_{A_n}(A_{n+1})=0{,}3. Donc PAn(An+1‾)=1−0,3=0,7P_{A_n}\left(\overline{A_{n+1}}\right)=1-0{,}3=0{,}7.

Si AnA_n n'est pas réalisé, alors An+1A_{n+1} est réalisé avec la probabilité 0,70{,}7 : PAn‾(An+1)=0,7P_{\overline{A_n}}(A_{n+1})=0{,}7. Donc PAn‾(An+1‾)=1−0,7=0,3P_{\overline{A_n}}\left(\overline{A_{n+1}}\right)=1-0{,}7=0{,}3.

Les probabilités à inscrire sur l'arbre sont donc :

  • de A1A_1 vers A2A_2 : 0,30{,}3   de A1A_1 vers A2‾\overline{A_2} : 0,70{,}7 (déjà indiqué)

  • de A2A_2 vers A3A_3 : 0,30{,}3   de A2A_2 vers A3‾\overline{A_3} : 0,70{,}7 (déjà indiqué)

  • de A2‾\overline{A_2} vers A3A_3 : 0,70{,}7   de A2‾\overline{A_2} vers A3‾\overline{A_3} : 0,30{,}3.

Question 2. Les évènements A2A_2 et A2‾\overline{A_2} forment une partition de l'univers.

Comme p1=1p_1=1, l'évènement A1A_1 est certain, donc P(A2)=PA1(A2)=0,3P(A_2)=P_{A_1}(A_2)=0{,}3 et P(A2‾)=0,7P\left(\overline{A_2}\right)=0{,}7.

D'après la formule des probabilités totales,

p3=P(A3)=P(A2∩A3)+P(A2‾∩A3)=P(A2)×PA2(A3)+P(A2‾)×PA2‾(A3)=0,3×0,3+0,7×0,7=0,09+0,49=0,58.\begin{aligned} p_3&=P(A_3)\\ &=P(A_2\cap A_3)+P\left(\overline{A_2}\cap A_3\right)\\ &=P(A_2)\times P_{A_2}(A_3)+P\left(\overline{A_2}\right)\times P_{\overline{A_2}}(A_3)\\ &=0{,}3\times0{,}3+0{,}7\times0{,}7\\ &=0{,}09+0{,}49\\ &=0{,}58. \end{aligned}

Donc p3=0,58p_3=0{,}58.

Question 3. Par définition de la probabilité conditionnelle (avec P(A3)=0,58≠0P(A_3)=0{,}58\neq0),

PA3(A2)=P(A3∩A2)P(A3)=0,3×0,30,58=0,090,58≈0,16.\begin{aligned} P_{A_3}(A_2)&=\frac{P(A_3\cap A_2)}{P(A_3)}\\ &=\frac{0{,}3\times0{,}3}{0{,}58}\\ &=\frac{0{,}09}{0{,}58}\\ &\approx0{,}16. \end{aligned}

Donc, sachant que A3A_3 est réalisé, la probabilité que A2A_2 l'ait été est environ 0,160{,}16 (arrondie au centième).

Réponse : PA3(A2)≈0,16P_{A_3}(A_2)\approx0{,}16.

Partie B

Question 1. L'arbre est complété ainsi :

  • de la racine vers AnA_n : pnp_n   vers An‾\overline{A_n} : 1−pn1-p_n

  • de AnA_n vers An+1A_{n+1} : 0,30{,}3   vers An+1‾\overline{A_{n+1}} : 0,70{,}7

  • de An‾\overline{A_n} vers An+1A_{n+1} : 0,70{,}7   vers An+1‾\overline{A_{n+1}} : 0,30{,}3.

Question 2. a) Les évènements AnA_n et An‾\overline{A_n} forment une partition de l'univers. D'après la formule des probabilités totales, pour tout entier n⩾1n\geqslant1,

pn+1=P(An) PAn(An+1)+P(An‾)PAn‾(An+1)=0,3 pn+0,7 (1−pn)=0,3 pn+0,7−0,7 pn=−0,4 pn+0,7.\begin{aligned} p_{n+1}&=P(A_n)\,P_{A_n}(A_{n+1})+P\left(\overline{A_n}\right)P_{\overline{A_n}}(A_{n+1})\\ &=0{,}3\,p_n+0{,}7\,(1-p_n)\\ &=0{,}3\,p_n+0{,}7-0{,}7\,p_n\\ &=-0{,}4\,p_n+0{,}7. \end{aligned}

Question 2. b) Pour tout entier n⩾1n\geqslant1,

un+1=pn+1−0,5=−0,4 pn+0,7−0,5=−0,4 pn+0,2=−0,4 (pn−0,5)=−0,4 un.\begin{aligned} u_{n+1}&=p_{n+1}-0{,}5\\ &=-0{,}4\,p_n+0{,}7-0{,}5\\ &=-0{,}4\,p_n+0{,}2\\ &=-0{,}4\,(p_n-0{,}5)\\ &=-0{,}4\,u_n. \end{aligned}

Donc la suite (un)(u_n) est géométrique de raison q=−0,4q=-0{,}4.

Son premier terme est u1=p1−0,5=1−0,5=0,5u_1=p_1-0{,}5=1-0{,}5=0{,}5.

Réponse : (un)(u_n) est géométrique de raison −0,4-0{,}4 et de premier terme u1=0,5u_1=0{,}5.

Question 2. c) Le premier terme de la suite géométrique (un)(u_n) est u1u_1, donc pour tout entier n⩾1n\geqslant1,

un=u1×q n−1=0,5×(−0,4)n−1.u_n=u_1\times q^{\,n-1}=0{,}5\times(-0{,}4)^{n-1}.

Comme pn=un+0,5p_n=u_n+0{,}5, on en déduit

pn=0,5×(−0,4)n−1+0,5.p_n=0{,}5\times(-0{,}4)^{n-1}+0{,}5.

Question 2. d) On a −1<−0,4<1-1<-0{,}4<1, donc lim⁡n→+∞(−0,4)n−1=0\lim\limits_{n\to+\infty}(-0{,}4)^{n-1}=0 (limite d'une suite géométrique de raison comprise strictement entre −1-1 et 11).

Par produit puis somme, lim⁡n→+∞pn=0,5×0+0,5=0,5\lim\limits_{n\to+\infty}p_n=0{,}5\times0+0{,}5=0{,}5.

Réponse : lim⁡n→+∞pn=0,5\lim\limits_{n\to+\infty}p_n=0{,}5.

Partie C

Question 1. On a PAn‾(An+1)=xP_{\overline{A_n}}(A_{n+1})=x et PAn(An+1‾)=xP_{A_n}\left(\overline{A_{n+1}}\right)=x, donc

PAn(An+1)=1−PAn(An+1‾)=1−x.P_{A_n}(A_{n+1})=1-P_{A_n}\left(\overline{A_{n+1}}\right)=1-x.

Les évènements AnA_n et An‾\overline{A_n} forment une partition de l'univers. D'après la formule des probabilités totales, pour tout entier n⩾1n\geqslant1,

pn+1=pn (1−x)+(1−pn) x=pn−x pn+x−x pn=(1−2x) pn+x.\begin{aligned} p_{n+1}&=p_n\,(1-x)+(1-p_n)\,x\\ &=p_n-x\,p_n+x-x\,p_n\\ &=(1-2x)\,p_n+x. \end{aligned}

Question 2. Pour tout entier n⩾1n\geqslant1, on note P(n)\mathcal{P}(n) la propriété

pn=12(1−2x)n−1+12.p_n=\frac12(1-2x)^{n-1}+\frac12.

Initialisation. Pour n=1n=1 : 12(1−2x)0+12=12+12=1=p1\dfrac12(1-2x)^{0}+\dfrac12=\dfrac12+\dfrac12=1=p_1. Donc P(1)\mathcal{P}(1) est vraie.

Hérédité. Soit n⩾1n\geqslant1 fixé tel que P(n)\mathcal{P}(n) soit vraie, c'est-à-dire pn=12(1−2x)n−1+12p_n=\dfrac12(1-2x)^{n-1}+\dfrac12 (hypothèse de récurrence). Montrons P(n+1)\mathcal{P}(n+1).

D'après la question 1,

pn+1=(1−2x) pn+x=(1−2x)[12(1−2x)n−1+12]+x=12(1−2x)n+12(1−2x)+x=12(1−2x)n+12−x+x=12(1−2x)n+12.\begin{aligned} p_{n+1}&=(1-2x)\,p_n+x\\ &=(1-2x)\left[\frac12(1-2x)^{n-1}+\frac12\right]+x\\ &=\frac12(1-2x)^{n}+\frac12(1-2x)+x\\ &=\frac12(1-2x)^{n}+\frac12-x+x\\ &=\frac12(1-2x)^{n}+\frac12. \end{aligned}

Donc P(n+1)\mathcal{P}(n+1) est vraie.

Conclusion. P(1)\mathcal{P}(1) est vraie et P\mathcal{P} est héréditaire : d'après le principe de récurrence, P(n)\mathcal{P}(n) est vraie pour tout entier n⩾1n\geqslant1.

Question 3. Comme 0<x<10<x<1, on a 0<2x<20<2x<2, donc −1<1−2x<1-1<1-2x<1.

Une suite géométrique de raison comprise strictement entre −1-1 et 11 converge vers 00 : lim⁡n→+∞(1−2x)n−1=0\lim\limits_{n\to+\infty}(1-2x)^{n-1}=0.

Par produit et somme de limites, lim⁡n→+∞pn=12×0+12=12\lim\limits_{n\to+\infty}p_n=\dfrac12\times0+\dfrac12=\dfrac12.

Donc la suite (pn)(p_n) est convergente, de limite 12\dfrac12.

Points clés attendus

  • Traduire les données de l'énoncé en probabilités conditionnelles et compléter l'arbre en utilisant les évènements contraires.

  • Citer la formule des probabilités totales avec la partition {An,An‾}\{A_n,\overline{A_n}\} pour établir la relation de récurrence.

  • Pour la suite géométrique : calculer un+1u_{n+1} en fonction de unu_n, donner la raison et le premier terme (indice 1), puis l'expression de pnp_n.

  • Rédiger la récurrence complète : initialisation, hérédité avec hypothèse de récurrence, conclusion.

  • Justifier la convergence par −1<raison<1-1<\text{raison}<1.

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Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2025 (Asie, 5 septembre 2025), 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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