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

Bac 2025, Polynésie : exercice 1

17 juin 2025 · jour 1 · 5 points

Une équipe américaine a cartographié pour la première fois les allergies alimentaires chez l'enfant aux États-Unis en 2020. L'étude, publiée dans la revue Clinical Pediatries, révèle une différence nette entre les zones rurales et les zones urbaines.

On sait qu'en 2020, 17 % de la population des États-Unis habite en zone rurale et 83 % en zone urbaine.

L'étude menée montre que parmi les enfants des États-Unis vivant en zone rurale, il y en a 6,2 % qui sont atteints d'allergie alimentaire.

L'étude révèle aussi que 9 % des enfants des États-Unis sont atteints d'allergie alimentaire.

Pour un évènement EE quelconque, on note P(E)P(E) sa probabilité et E‾\overline{E} son évènement contraire.

Sauf mention contraire, les probabilités seront données sous forme exacte.

Partie A

On interroge au hasard un enfant dans la population des États-Unis et on note :

  • RR L'évènement: « l'enfant interrogé habite en zone rurale »

  • AA L'évènement: « l'enfant interrogé est atteint d'allergie alimentaire ».

  1. Traduire cette situation à l'aide d'un arbre de probabilité. Cet arbre pourra être complété par la suite.

    1. Calculer la probabilité que l'enfant interrogé habite en zone rurale et soit atteint d'allergie alimentaire.

    2. En déduire la probabilité que l'enfant interrogé habite en zone urbaine et soit atteint d'allergie alimentaire.

    3. L'enfant interrogé habite en zone urbaine. Quelle est la probabilité qu'il soit atteint d'allergie alimentaire ? Arrondir le résultat à 10−410^{-4}.

Partie B

On réalise une étude en interrogeant au hasard 100100 enfants des États-Unis.

On admet que ce choix se ramène à des tirages successifs indépendants avec remise.

On note XX la variable aléatoire donnant le nombre d'enfants atteints d'allergie alimentaire dans l'échantillon considéré.

  1. Justifier que la variable aléatoire XX suit une loi binomiale dont on précisera les paramètres.

  2. Quelle est la probabilité qu'au moins 10 enfants parmi les 100100 interrogés soient atteints d'allergie alimentaire ? Arrondir le résultat à 10−410^{-4}.

Partie C

On s'intéresse à un échantillon de 20 enfants atteints d'allergie alimentaire choisis au hasard.

L'âge d'apparition des premiers symptômes allergiques de ces 20 enfants est modélisé par les variables aléatoires A1, A2,…,,A20A_1,\, A_2,\ldots, ,A_{20}. On admet que ces variables aléatoires sont indépendantes et suivent la même loi d'espérance 44 et de variance 2,252,25.

On considère la variable aléatoire:

M20=A1+A2+…+A2020.M_{20} = \dfrac{A_1 + A_2 + \ldots + A_{20}}{20}.

  1. Que représente la variable aléatoire M20M_{20} dans le contexte de l'exercice ?

  2. Déterminer l'espérance et la variance de M20M_{20}.

  3. Justifier, à l'aide de l'inégalité de concentration, que

    P(2<M20<6)>0,97.P\left (2 < M_{20} < 6\right ) > 0,97.

    Interpréter ce résultat dans le contexte de l'exercice.

Voir le corrigé

Partie A

Question 1.

Traduisons les données de l'énoncé en probabilités.

En 2020, 17 %17\,\% de la population habite en zone rurale et 83 %83\,\% en zone urbaine, donc :

P(R)=0,17etP(R‾)=0,83.P(R)=0{,}17\qquad\text{et}\qquad P(\overline{R})=0{,}83.

Parmi les enfants vivant en zone rurale, 6,2 %6{,}2\,\% sont atteints d'allergie alimentaire, donc :

PR(A)=0,062etPR(A‾)=1−0,062=0,938.P_R(A)=0{,}062\qquad\text{et}\qquad P_R(\overline{A})=1-0{,}062=0{,}938.

Enfin, 9 %9\,\% des enfants sont atteints d'allergie alimentaire, donc :

P(A)=0,09.P(A)=0{,}09.

L'arbre pondéré comporte deux branches issues de la racine : RR pondérée par 0,170{,}17 et R‾\overline{R} pondérée par 0,830{,}83.

De RR partent deux branches : AA pondérée par 0,0620{,}062 et A‾\overline{A} pondérée par 0,9380{,}938.

De R‾\overline{R} partent deux branches AA et A‾\overline{A} dont les pondérations seront déterminées à la question 2. c).

Donc l'arbre est construit avec ces données et complété par la suite.

Question 2. a)

Les évènements RR et AA sont tels que P(R)≠0P(R)\neq 0. D'après la formule des probabilités composées :

P(R∩A)=P(R)×PR(A).P(R\cap A)=P(R)\times P_R(A).

On obtient :

P(R∩A)=0,17×0,062=0,01054.P(R\cap A)=0{,}17\times 0{,}062=0{,}01054.

Donc la probabilité que l'enfant interrogé habite en zone rurale et soit atteint d'allergie alimentaire est 0,010540{,}01054.

Réponse : P(R∩A)=0,01054P(R\cap A)=0{,}01054.

Question 2. b)

Les évènements RR et R‾\overline{R} forment une partition de l'univers : ils sont incompatibles et leur réunion est l'univers entier, avec P(R)≠0P(R)\neq 0 et P(R‾)≠0P(\overline{R})\neq 0.

D'après la formule des probabilités totales :

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

On en déduit :

P(R‾∩A)=P(A)−P(R∩A).P(\overline{R}\cap A)=P(A)-P(R\cap A).

D'où :

P(R‾∩A)=0,09−0,01054=0,07946.P(\overline{R}\cap A)=0{,}09-0{,}01054=0{,}07946.

Donc la probabilité que l'enfant interrogé habite en zone urbaine et soit atteint d'allergie alimentaire est 0,079460{,}07946.

Réponse : P(R‾∩A)=0,07946P(\overline{R}\cap A)=0{,}07946.

Question 2. c)

On cherche la probabilité de AA sachant R‾\overline{R}. Comme P(R‾)=0,83≠0P(\overline{R})=0{,}83\neq 0, la définition de la probabilité conditionnelle donne :

PR‾(A)=P(R‾∩A)P(R‾).P_{\overline{R}}(A)=\dfrac{P(\overline{R}\cap A)}{P(\overline{R})}.

On remplace par les valeurs obtenues :

PR‾(A)=0,079460,83≈0,0957.P_{\overline{R}}(A)=\dfrac{0{,}07946}{0{,}83}\approx 0{,}0957.

Donc un enfant habitant en zone urbaine est atteint d'allergie alimentaire avec une probabilité d'environ 0,09570{,}0957 (arrondie à 10−410^{-4}).

Réponse : PR‾(A)=0,079460,83≈0,0957P_{\overline{R}}(A)=\dfrac{0{,}07946}{0{,}83}\approx 0{,}0957.

Partie B

Question 1.

On interroge 100100 enfants. D'après l'énoncé, ce choix se ramène à des tirages successifs indépendants avec remise.

Chaque interrogation est une épreuve de Bernoulli à deux issues : le succès « l'enfant est atteint d'allergie alimentaire », de probabilité p=P(A)=0,09p=P(A)=0{,}09, et l'échec.

Les 100100 épreuves sont identiques (même probabilité de succès 0,090{,}09) et indépendantes.

XX compte le nombre de succès au cours de ces 100100 épreuves.

Donc XX suit la loi binomiale de paramètres n=100n=100 et p=0,09p=0{,}09.

Question 2.

On cherche P(X⩾10)P(X\geqslant 10). L'évènement contraire de X⩾10X\geqslant 10 est X⩽9X\leqslant 9, donc :

P(X⩾10)=1−P(X⩽9).P(X\geqslant 10)=1-P(X\leqslant 9).

À la calculatrice, avec la loi binomiale B(100 ;0,09)\mathcal{B}(100\,;0{,}09), on obtient P(X⩽9)≈0,5875P(X\leqslant 9)\approx 0{,}5875, donc :

P(X⩾10)≈0,4125.P(X\geqslant 10)\approx 0{,}4125.

Donc la probabilité qu'au moins 1010 enfants parmi les 100100 interrogés soient atteints d'allergie alimentaire est d'environ 0,41250{,}4125 (arrondie à 10−410^{-4}).

Réponse : P(X⩾10)≈0,4125P(X\geqslant 10)\approx 0{,}4125.

Partie C

Question 1.

A1,…,A20A_1,\dots,A_{20} sont les âges d'apparition des premiers symptômes des 2020 enfants de l'échantillon. La somme A1+⋯+A20A_1+\dots+A_{20} est la somme de ces âges, et on la divise par le nombre d'enfants, 2020.

Donc M20M_{20} représente la moyenne des âges d'apparition des premiers symptômes allergiques dans l'échantillon de 2020 enfants atteints d'allergie alimentaire.

Question 2.

Par linéarité de l'espérance :

E(M20)=120(E(A1)+⋯+E(A20))=120×20×4=4.E(M_{20})=\dfrac{1}{20}\left(E(A_1)+\dots+E(A_{20})\right)=\dfrac{1}{20}\times 20\times 4=4.

Les variables A1,…,A20A_1,\dots,A_{20} sont indépendantes, donc la variance de leur somme est la somme des variances :

V(A1+⋯+A20)=20×2,25=45.V(A_1+\dots+A_{20})=20\times 2{,}25=45.

Pour tout réel aa, V(aX)=a2V(X)V(aX)=a^2V(X), donc :

V(M20)=(120)2×45=45400=0,1125.V(M_{20})=\left(\dfrac{1}{20}\right)^2\times 45=\dfrac{45}{400}=0{,}1125.

Donc E(M20)=4E(M_{20})=4 et V(M20)=0,1125V(M_{20})=0{,}1125.

Réponse : E(M20)=4E(M_{20})=4 et V(M20)=0,1125V(M_{20})=0{,}1125.

Question 3.

On remarque que :

2<M20<6  ⟺  −2<M20−4<2  ⟺  ∣M20−4∣<2.2<M_{20}<6\iff -2<M_{20}-4<2\iff |M_{20}-4|<2.

Comme E(M20)=4E(M_{20})=4, l'évènement contraire de 2<M20<62<M_{20}<6 est ∣M20−E(M20)∣⩾2|M_{20}-E(M_{20})|\geqslant 2.

La variable M20M_{20} admet une espérance et une variance. D'après l'inégalité de Bienaymé-Tchebychev, pour tout réel δ>0\delta>0 :

P(∣M20−E(M20)∣⩾δ)⩽V(M20)δ2.P\left(|M_{20}-E(M_{20})|\geqslant\delta\right)\leqslant\dfrac{V(M_{20})}{\delta^2}.

Avec δ=2\delta=2 :

P(∣M20−4∣⩾2)⩽0,11254=0,028125.P\left(|M_{20}-4|\geqslant 2\right)\leqslant\dfrac{0{,}1125}{4}=0{,}028125.

Par passage à l'évènement contraire :

P(2<M20<6)=1−P(∣M20−4∣⩾2)⩾1−0,028125=0,971875.P(2<M_{20}<6)=1-P\left(|M_{20}-4|\geqslant 2\right)\geqslant 1-0{,}028125=0{,}971875.

Or 0,971875>0,970{,}971875>0{,}97, donc :

P(2<M20<6)>0,97.P(2<M_{20}<6)>0{,}97.

Interprétation : dans un échantillon de 2020 enfants atteints d'allergie alimentaire, l'âge moyen d'apparition des premiers symptômes est strictement compris entre 22 et 66 ans avec une probabilité supérieure à 0,970{,}97.

Points clés attendus

  • Nommer la formule des probabilités composées, puis la formule des probabilités totales avec la partition {R ;R‾}\{R\,;\overline{R}\}.

  • Justifier la loi binomiale : 100100 épreuves de Bernoulli identiques et indépendantes, probabilité de succès 0,090{,}09.

  • Passer par l'évènement contraire pour calculer P(X⩾10)P(X\geqslant 10) et préciser l'arrondi.

  • Calculer E(M20)E(M_{20}) et V(M20)V(M_{20}) en utilisant l'indépendance pour la variance.

  • Traduire 2<M20<62<M_{20}<6 en ∣M20−4∣<2|M_{20}-4|<2, citer l'inégalité de Bienaymé-Tchebychev avec δ=2\delta=2, puis conclure et interpréter.

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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 2025 (Polynésie, 17 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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