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

Bac 2025, Centres étrangers : exercice 1

12 juin 2025 · jour 1 · 6 points

Cet exercice est constitué de trois parties indépendantes

Un magasin est équipé de caisses automatiques en libre-service où le client scanne lui- même ses articles. Le logiciel d'une caisse déclenche régulièrement des demandes de vérification. Un employé du magasin effectue alors un contrôle.

Partie A

Le contrôle peut être

  • soit « total » : l'employé du magasin scanne alors à nouveau l'ensemble des articles du client

  • soit « partiel » : l'employé choisit alors un ou plusieurs articles du client pour vérifier qu'ils ont bien été scannés.

Si un contrôle est déclenché, il s'agit une fois sur dix d'un contrôle total.

Lorsqu'un contrôle total est déclenché, une erreur du client est détectée dans 30 % des cas.

Lorsqu'un contrôle partiel est effectué, dans 85 %85\,\% des cas, il n'y a pas d'erreur.

Un contrôle est déclenché à une caisse automatique.

On considère les évènements suivants:

  • TT : « Le contrôle est un contrôle total »

  • EE : « Une erreur est détectée lors du contrôle ».

On notera T‾\overline{T} et E‾\overline{E} les évènements contraires de TT et EE.

  1. Construire un arbre pondéré représentant la situation puis déterminer P(T‾∩E)P\left(\overline{T} \cap E\right).

  2. Calculer la probabilité qu'une erreur soit détectée lors d'un contrôle.

  3. Déterminer la probabilité qu'un contrôle total ait été effectué, sachant qu'une erreur a été détectée. On donnera la valeur arrondie au centième.

Partie B

Sur une journée donnée, une caisse automatique déclenche 1515 contrôles. La probabilité qu'un contrôle mette en évidence une erreur est p=0,165p = 0,165. La détection d'une erreur lors d'un contrôle est indépendante des autres contrôles.

On note XX la variable aléatoire égale au nombre d'erreurs détectées lors des contrôles de cette journée.

  1. On admet que la variable aléatoire XX suit une loi binomiale. Préciser ses paramètres.

  2. Déterminer la probabilité qu'exactement 5 erreurs soient détectées. On donnera la valeur arrondie au centième.

  3. Déterminer la probabilité qu'au moins une erreur soit détectée. On donnera la valeur arrondie au centième.

  4. On souhaite modifier le nombre de contrôles déclenchés par la caisse de manière à ce que la probabilité qu'au moins une erreur soit détectée chaque jour soit supérieure à 99 %99\,\%.

    Déterminer le nombre de contrôles que doit déclencher la caisse chaque jour pour que cette contrainte soit respectée.

Partie C

Le magasin comporte trois caisses automatiques identiques qui, lors d'une journée, ont chacune déclenché 2020 contrôles. On note X1, X2X_1,\, X_2 et X3X_3 les variables aléatoires associant à chacune des caisses le nombre d'erreurs détectées lors de cette journée.

On admet que les variables aléatoires X1, X2X_1,\, X_2 et X3X_3 sont indépendantes entre elles et suivent chacune une loi binomiale B(20  ;  0,165)\mathcal{B}(20\;;\;0,165).

  1. Déterminer les valeurs exactes de l'espérance et de la variance de la variable aléatoire X1X_1.

  2. On définit la variable aléatoire SS par S=X1+X2+X3S = X_1 + X_2 + X_3.

    Justifier que E(S)=9,9E(S) = 9,9 et que V(S)=8,2665V(S) = 8,2665.

    Pour cette question, on utilisera 10 comme valeur de E(S)E(S).

    À l'aide de l'inégalité de Bienaymé-Tchebychev, montrer que la probabilité que le nombre total d'erreurs sur la journée soit strictement compris entre 6 et 14 est supérieure à 0,480,48.

Voir le corrigé

Partie A

Question 1.

Traduisons les données de l'énoncé en probabilités.

  • Un contrôle déclenché est total une fois sur dix : P(T)=0,1P(T)=0{,}1, donc P(T‾)=1−0,1=0,9P(\overline{T})=1-0{,}1=0{,}9.

  • Lors d'un contrôle total, une erreur est détectée dans 30 %30\,\% des cas : PT(E)=0,3P_T(E)=0{,}3, donc PT(E‾)=0,7P_T(\overline{E})=0{,}7.

  • Lors d'un contrôle partiel, il n'y a pas d'erreur dans 85 %85\,\% des cas : PT‾(E‾)=0,85P_{\overline{T}}(\overline{E})=0{,}85, donc PT‾(E)=1−0,85=0,15P_{\overline{T}}(E)=1-0{,}85=0{,}15.

L'arbre pondéré est donc :

  • branches issues de la racine : vers TT avec 0,10{,}1, vers T‾\overline{T} avec 0,90{,}9

  • branches issues de TT : vers EE avec 0,30{,}3, vers E‾\overline{E} avec 0,70{,}7

  • branches issues de T‾\overline{T} : vers EE avec 0,150{,}15, vers E‾\overline{E} avec 0,850{,}85.

D'après la formule des probabilités conditionnelles,

P(T‾∩E)=P(T‾)×PT‾(E)=0,9×0,15=0,135.P\left(\overline{T}\cap E\right)=P(\overline{T})\times P_{\overline{T}}(E)=0{,}9\times 0{,}15=0{,}135.

Donc la probabilité que le contrôle soit partiel et détecte une erreur est 0,1350{,}135.

Réponse : P(T‾∩E)=0,135P\left(\overline{T}\cap E\right)=0{,}135.

Question 2.

Les évènements TT et T‾\overline{T} forment une partition de l'univers.

D'après la formule des probabilités totales,

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

On a P(T∩E)=P(T)×PT(E)=0,1×0,3=0,03P(T\cap E)=P(T)\times P_T(E)=0{,}1\times 0{,}3=0{,}03.

Donc

P(E)=0,03+0,135=0,165.P(E)=0{,}03+0{,}135=0{,}165.

Donc la probabilité qu'une erreur soit détectée lors d'un contrôle est 0,1650{,}165.

Réponse : P(E)=0,165P(E)=0{,}165.

Question 3.

On cherche PE(T)P_E(T).

Comme P(E)=0,165≠0P(E)=0{,}165\neq 0,

PE(T)=P(E∩T)P(E)=0,030,165=30165=211.P_E(T)=\dfrac{P(E\cap T)}{P(E)}=\dfrac{0{,}03}{0{,}165}=\dfrac{30}{165}=\dfrac{2}{11}.

On a 211≈0,1818\dfrac{2}{11}\approx 0{,}1818, soit 0,180{,}18 au centième.

Donc, sachant qu'une erreur a été détectée, la probabilité que le contrôle ait été total est environ 0,180{,}18.

Réponse : PE(T)=211≈0,18P_E(T)=\dfrac{2}{11}\approx 0{,}18.

Partie B

Question 1.

On répète 1515 fois la même épreuve : un contrôle, dont le résultat est « erreur détectée » (succès) avec la probabilité p=0,165p=0{,}165, ou « pas d'erreur ».

Ces 1515 épreuves de Bernoulli sont identiques, et la détection d'une erreur lors d'un contrôle est indépendante des autres contrôles.

La variable XX compte le nombre de succès : XX suit la loi binomiale de paramètres n=15n=15 et p=0,165p=0{,}165.

Réponse : X∼B(15 ;0,165)X\sim\mathcal{B}(15\,;0{,}165).

Question 2.

D'après la formule de la loi binomiale,

P(X=5)=(155)×0,1655×(1−0,165)10=3003×0,1655×0,83510.P(X=5)=\binom{15}{5}\times 0{,}165^{5}\times(1-0{,}165)^{10}=3003\times 0{,}165^{5}\times 0{,}835^{10}.

À la calculatrice, P(X=5)≈0,0605P(X=5)\approx 0{,}0605, soit 0,060{,}06 au centième.

Donc la probabilité qu'exactement 55 erreurs soient détectées dans la journée est environ 0,060{,}06.

Réponse : P(X=5)≈0,06P(X=5)\approx 0{,}06.

Question 3.

L'évènement contraire de « au moins une erreur est détectée » est {X=0}\{X=0\}.

Donc

P(X⩾1)=1−P(X=0)=1−(150)×0,1650×0,83515=1−0,83515.P(X\geqslant 1)=1-P(X=0)=1-\binom{15}{0}\times 0{,}165^{0}\times 0{,}835^{15}=1-0{,}835^{15}.

À la calculatrice, 1−0,83515≈0,93311-0{,}835^{15}\approx 0{,}9331, soit 0,930{,}93 au centième.

Donc la probabilité qu'au moins une erreur soit détectée est environ 0,930{,}93.

Réponse : P(X⩾1)=1−0,83515≈0,93P(X\geqslant 1)=1-0{,}835^{15}\approx 0{,}93.

Question 4.

Si la caisse déclenche nn contrôles par jour, le nombre d'erreurs détectées suit la loi binomiale B(n ;0,165)\mathcal{B}(n\,;0{,}165), avec les mêmes justifications qu'à la question 1.

La probabilité d'au moins une erreur est alors 1−0,835n1-0{,}835^{n}.

On cherche nn tel que

1−0,835n>0,99  ⟺  0,835n<0,01.1-0{,}835^{n}>0{,}99\iff 0{,}835^{n}<0{,}01.

La fonction ln⁡\ln est strictement croissante sur ]0 ;+∞[]0\,;+\infty[, donc

0,835n<0,01  ⟺  nln⁡(0,835)<ln⁡(0,01).0{,}835^{n}<0{,}01\iff n\ln(0{,}835)<\ln(0{,}01).

Comme 0<0,835<10<0{,}835<1, on a ln⁡(0,835)<0\ln(0{,}835)<0.

En divisant par ln⁡(0,835)\ln(0{,}835), le sens de l'inégalité change :

n>ln⁡(0,01)ln⁡(0,835)≈25,5.n>\dfrac{\ln(0{,}01)}{\ln(0{,}835)}\approx 25{,}5.

Le plus petit entier convenable est donc 2626.

Vérification à la calculatrice :

  • pour n=25n=25 : 1−0,83525≈0,9890<0,991-0{,}835^{25}\approx 0{,}9890<0{,}99

  • pour n=26n=26 : 1−0,83526≈0,9908>0,991-0{,}835^{26}\approx 0{,}9908>0{,}99.

Donc la caisse doit déclencher au moins 2626 contrôles par jour.

Réponse : n⩾26n\geqslant 26.

Partie C

Question 1.

X1X_1 suit la loi binomiale B(20 ;0,165)\mathcal{B}(20\,;0{,}165).

On utilise E(X1)=npE(X_1)=np et V(X1)=np(1−p)V(X_1)=np(1-p) :

E(X1)=20×0,165=3,3,E(X_1)=20\times 0{,}165=3{,}3,
V(X1)=20×0,165×0,835=2,7555.V(X_1)=20\times 0{,}165\times 0{,}835=2{,}7555.

Réponse : E(X1)=3,3E(X_1)=3{,}3 et V(X1)=2,7555V(X_1)=2{,}7555.

Question 2.

Les trois variables suivent la même loi, donc ont la même espérance 3,33{,}3 et la même variance 2,75552{,}7555.

Par linéarité de l'espérance,

E(S)=E(X1)+E(X2)+E(X3)=3×3,3=9,9.E(S)=E(X_1)+E(X_2)+E(X_3)=3\times 3{,}3=9{,}9.

Les variables X1X_1, X2X_2, X3X_3 étant indépendantes, la variance de la somme est la somme des variances :

V(S)=V(X1)+V(X2)+V(X3)=3×2,7555=8,2665.V(S)=V(X_1)+V(X_2)+V(X_3)=3\times 2{,}7555=8{,}2665.

Pour la suite, on utilise 1010 comme valeur de E(S)E(S).

L'évènement « le nombre total d'erreurs est strictement compris entre 66 et 1414 » s'écrit 6<S<146<S<14, soit −4<S−10<4-4<S-10<4, c'est-à-dire ∣S−10∣<4|S-10|<4.

L'inégalité de Bienaymé-Tchebychev s'applique à la variable aléatoire SS, d'espérance E(S)E(S) et de variance V(S)V(S) : pour tout réel δ>0\delta>0,

P(∣S−E(S)∣⩾δ)⩽V(S)δ2.P\left(|S-E(S)|\geqslant\delta\right)\leqslant\dfrac{V(S)}{\delta^2}.

Avec δ=4\delta=4 et E(S)E(S) pris égal à 1010 :

P(∣S−10∣⩾4)⩽8,266516≈0,5167.P\left(|S-10|\geqslant 4\right)\leqslant\dfrac{8{,}2665}{16}\approx 0{,}5167.

L'évènement {∣S−10∣<4}\{|S-10|<4\} est le contraire de {∣S−10∣⩾4}\{|S-10|\geqslant 4\}, donc

P(6<S<14)=1−P(∣S−10∣⩾4)⩾1−0,5167=0,4833.P\left(6<S<14\right)=1-P\left(|S-10|\geqslant 4\right)\geqslant 1-0{,}5167=0{,}4833.

Comme 0,4833>0,480{,}4833>0{,}48, on a bien P(6<S<14)>0,48P\left(6<S<14\right)>0{,}48.

Donc la probabilité que le nombre total d'erreurs de la journée soit strictement compris entre 66 et 1414 est supérieure à 0,480{,}48.

Points clés attendus

  • Traduire les pourcentages en probabilités conditionnelles et construire l'arbre   citer la formule des probabilités totales avec la partition {T ;T‾}\{T\,;\overline{T}\}.

  • Pour la loi binomiale, justifier le schéma de Bernoulli (épreuves identiques et indépendantes) et donner les paramètres nn et pp.

  • Passer par l'évènement contraire pour « au moins une erreur », puis résoudre l'inéquation avec ln⁡\ln en tenant compte du signe de ln⁡(0,835)\ln(0{,}835).

  • Espérance et variance de SS : linéarité, et additivité de la variance grâce à l'indépendance.

  • Bienaymé-Tchebychev : traduire « strictement compris entre 66 et 1414 » en ∣S−10∣<4|S-10|<4, puis passer à l'évènement contraire.

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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.

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Revoir le cours

Source : sujet officiel de l'épreuve de spécialité mathématiques du baccalauréat, session 2025 (Centres étrangers, 12 juin 2025 (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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