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

Fiche 2 : épreuves indépendantes et schéma de Bernoulli

Huit exercices pour maîtriser les successions d'épreuves :

  • lancers d'une pièce, équilibrée ou non ;
  • tirages avec remise ;
  • deux épreuves différentes indépendantes ;
  • tirs répétés ;
  • rang du premier succès ;
  • tirage sans remise : pourquoi ce n'est pas un schéma de Bernoulli ;
  • fiabilité de systèmes en série et en parallèle ;
  • vrai/faux.

Toutes les corrections sont rédigées comme on l'attend au bac :

  • le modèle est justifié (« épreuves identiques et indépendantes ») ;
  • les événements sont définis par des lettres ;
  • les chemins de l'arbre sont dénombrés et multipliés ;
  • « au moins un » est traité par l'événement contraire ;
  • la conclusion est en contexte.

💡 Le modèle de rédaction d'une succession d'épreuves

« On note RiR_i l'événement « la ii-ème boule tirée est rouge ».

Le tirage est avec remise : les trois tirages sont indépendants et P(Ri)=0,4P(R_i)=0{,}4 à chaque tirage.

Donc :

P(au moins une rouge)=1−P(R1‾∩R2‾∩R3‾)=1−0,63=0,784P(\text{au moins une rouge})=1-P\left(\overline{R_1}\cap\overline{R_2}\cap\overline{R_3}\right)=1-0{,}6^3=0{,}784. »

  • Nomme les événements de chaque épreuve.
  • Justifie l'indépendance (avec remise, épreuves distinctes, énoncé).
  • Multiplie le long d'un chemin, additionne les chemins compatibles.

⚠️ Les pièges classiques

  • Multiplier des probabilités d'épreuves non indépendantes (tirage sans remise).
  • Oublier de compter les chemins : « exactement 22 piles sur 33 lancers » compte 33 chemins, pas un seul.
  • Oublier de justifier l'indépendance.
  • Écrire 1−pn1-p^n au lieu de 1−(1−p)n1-(1-p)^n pour « au moins un succès ».

😄 Sans remise, chaque tirage change l'urne : ce n'est plus une répétition, c'est une conversation.


Exercice 1 (★) : trois lancers

1. On lance trois fois une pièce équilibrée.

Combien y a-t-il d'issues ?

Quelle est la probabilité de chacune ?

Calculer la probabilité d'obtenir exactement deux « pile ».

2. La pièce est truquée : « pile » sort avec la probabilité 0,30{,}3. Calculer la probabilité de la suite (pile, pile, face), puis d'obtenir exactement deux « pile » en trois lancers.

✏️ Correction de l'exercice 1

Question 1

Chaque lancer a deux issues : 23=82^3=8 issues (P, F). Les lancers sont indépendants et la pièce est équilibrée : chaque issue a pour probabilité (12)3\left(\dfrac12\right)^3.

✅ 88 issues, de probabilité 18\dfrac18 chacune.

« Exactement deux pile » : PPF\text{PPF}, PFP\text{PFP}, FPP\text{FPP}, soit 33 issues (on choisit la place du « face » parmi 33).

✅ P=3×18=38P=3\times\dfrac18=\dfrac38

Question 2

Les lancers sont indépendants, avec P(P)=0,3P(\text{P})=0{,}3 et P(F)=0,7P(\text{F})=0{,}7 :

P(PPF)=0,3×0,3×0,7P(\text{PPF})=0{,}3\times0{,}3\times0{,}7

✅ P(PPF)=0,063P(\text{PPF})=0{,}063

Les trois issues « exactement deux pile » ont la même probabilité 0,32×0,7=0,0630{,}3^2\times0{,}7=0{,}063.

✅ P(exactement deux pile)=3×0,063=0,189P(\text{exactement deux pile})=3\times0{,}063=0{,}189


Exercice 2 (★★) : tirages avec remise

Une urne contient 44 boules rouges et 66 boules vertes. On tire successivement et avec remise trois boules.

1. Justifier que les trois tirages sont indépendants.

2. Calculer la probabilité d'obtenir au moins une boule rouge.

3. Calculer la probabilité que la première boule rouge apparaisse au troisième tirage.

4. Calculer la probabilité d'obtenir exactement deux boules rouges.

✏️ Correction de l'exercice 2

Question 1

Après chaque tirage, la boule est remise : la composition de l'urne est la même à chaque tirage. Les trois tirages sont donc identiques et indépendants, avec P(R)=410=0,4P(R)=\dfrac4{10}=0{,}4 à chaque tirage.

Question 2

On passe à l'événement contraire : « aucune rouge » est « verte, verte, verte ».

P(aucune rouge)=0,63=0,216P(\text{aucune rouge})=0{,}6^3=0{,}216

✅ P(au moins une rouge)=1−0,216=0,784P(\text{au moins une rouge})=1-0{,}216=0{,}784

Question 3

La première rouge au troisième tirage est la suite (V, V, R).

P=0,6×0,6×0,4P=0{,}6\times0{,}6\times0{,}4

✅ P=0,144P=0{,}144

Question 4

« Exactement deux rouges » : RRV, RVR, VRR. Chaque suite a pour probabilité 0,42×0,6=0,0960{,}4^2\times0{,}6=0{,}096.

P=3×0,096P=3\times0{,}096

✅ P=0,288P=0{,}288


Exercice 3 (★★) : deux épreuves différentes

On lance un dé équilibré à six faces, puis une pièce équilibrée. Les deux lancers sont indépendants.

Calculer la probabilité :

1. d'obtenir un nombre pair et « pile » ;

2. d'obtenir un 66 ou « pile » ;

3. d'obtenir un nombre impair et « face ».

✏️ Correction de l'exercice 3

On note DD : « le dé donne un nombre pair », SS : « le dé donne 66 », PP : « pile ».

Question 1

Les lancers sont indépendants : P(D∩P)=P(D)×P(P)=12×12P(D\cap P)=P(D)\times P(P)=\dfrac12\times\dfrac12

✅ P(D∩P)=14P(D\cap P)=\dfrac14

Question 2

On passe à l'événement contraire : « ni 66, ni pile ».

P(S‾∩P‾)=56×12=512P\left(\overline S\cap\overline P\right)=\dfrac56\times\dfrac12=\dfrac5{12}

✅ P(S∪P)=1−512=712P(S\cup P)=1-\dfrac5{12}=\dfrac7{12}

Question 3

P(D‾∩P‾)=12×12P\left(\overline D\cap\overline P\right)=\dfrac12\times\dfrac12

✅ P=14P=\dfrac14


Exercice 4 (★★) : des tirs répétés

Un archer atteint la cible avec la probabilité 0,70{,}7 à chaque tir. Ses tirs sont indépendants. Il tire 44 fois.

Calculer la probabilité d'atteindre la cible :

1. quatre fois ;

2. aucune fois ;

3. au moins une fois ;

4. exactement une fois.

✏️ Correction de l'exercice 4

Les quatre tirs sont indépendants, avec la probabilité de succès p=0,7p=0{,}7 et d'échec 0,30{,}3.

Question 1

✅ P(4 succeˋs)=0,74=0,2401P(\text{4 succès})=0{,}7^4=0{,}2401

Question 2

✅ P(aucun succeˋs)=0,34=0,0081P(\text{aucun succès})=0{,}3^4=0{,}0081

Question 3

L'événement contraire de « au moins une fois » est « aucune fois ».

✅ P(au moins une)=1−0,0081=0,9919P(\text{au moins une})=1-0{,}0081=0{,}9919

Question 4

Il y a 44 places possibles pour l'unique succès. Chaque suite a pour probabilité 0,7×0,330{,}7\times0{,}3^3.

✅ P(exactement une)=4×0,7×0,33=0,0756P(\text{exactement une})=4\times0{,}7\times0{,}3^3=0{,}0756


Exercice 5 (★★★) : le rang du premier succès

On répète une épreuve de Bernoulli de paramètre p=0,2p=0{,}2, les épreuves étant indépendantes. On note TT le rang du premier succès.

1. Exprimer P(T=n)P(T=n) pour n≥1n\ge1. Calculer P(T=4)P(T=4).

2. Calculer la probabilité d'obtenir le premier succès au plus tard à la quatrième épreuve.

3. Montrer que P(T>n)=(1−p)nP(T>n)=(1-p)^n.

✏️ Correction de l'exercice 5

Question 1

« T=nT=n » signifie : n−1n-1 échecs puis un succès. Les épreuves sont indépendantes :

✅ P(T=n)=(1−p)n−1 pP(T=n)=(1-p)^{n-1}\,p

Pour p=0,2p=0{,}2 et n=4n=4 : P(T=4)=0,83×0,2P(T=4)=0{,}8^3\times0{,}2.

✅ P(T=4)=0,1024P(T=4)=0{,}1024

Question 2

L'événement contraire de {T≤4}\{T\le4\} est « les quatre premières épreuves sont des échecs ».

P(T>4)=0,84=0,4096P(T>4)=0{,}8^4=0{,}4096

✅ P(T≤4)=1−0,4096=0,5904P(T\le4)=1-0{,}4096=0{,}5904

Question 3

T>nT>n signifie que les nn premières épreuves sont des échecs. Par indépendance :

✅ P(T>n)=(1−p)nP(T>n)=(1-p)^n ∎


Exercice 6 (★★) : avec remise ou sans remise

Une urne contient 33 boules rouges et 22 boules noires. On tire deux boules.

1. Calculer la probabilité d'obtenir deux boules rouges si le tirage est avec remise.

2. La calculer si le tirage est sans remise.

3. Pourquoi le second tirage n'est-il pas un schéma de Bernoulli ?

✏️ Correction de l'exercice 6

Question 1

Avec remise, les tirages sont indépendants, avec P(R)=35P(R)=\dfrac35.

✅ P(RR)=35×35=925=0,36P(RR)=\dfrac35\times\dfrac35=\dfrac9{25}=0{,}36

Question 2

Sans remise, après une rouge, il reste 22 rouges sur 44 boules :

✅ P(RR)=35×24=310=0,3P(RR)=\dfrac35\times\dfrac24=\dfrac3{10}=0{,}3

Question 3

Sans remise, la probabilité de « rouge » au second tirage dépend du résultat du premier : les tirages ne sont pas indépendants (ni de même probabilité conditionnellement).

❌ Ce n'est pas un schéma de Bernoulli, et le nombre de rouges ne suit pas une loi binomiale.


Exercice 7 (★★★) : fiabilité d'un système

Trois composants AA, BB, CC fonctionnent de façon indépendante avec les probabilités 0,90{,}9, 0,80{,}8 et 0,70{,}7.

1. Deux composants AA et BB sont montés en série (le système fonctionne si les deux fonctionnent). Calculer la probabilité de fonctionnement.

2. Ils sont montés en parallèle (le système fonctionne si au moins un fonctionne). Calculer la probabilité de fonctionnement.

3. Le composant AA est en série avec le bloc formé de BB et CC en parallèle. Calculer la probabilité de fonctionnement du système.

✏️ Correction de l'exercice 7

On note AA, BB, CC les événements « le composant fonctionne ». P(A)=0,9P(A)=0{,}9, P(B)=0,8P(B)=0{,}8, P(C)=0,7P(C)=0{,}7.

Question 1

Le montage en série fonctionne si AA et BB fonctionnent. Par indépendance :

P(A∩B)=0,9×0,8P(A\cap B)=0{,}9\times0{,}8

✅ P=0,72P=0{,}72

Question 2

Le montage en parallèle est en panne si AA et BB sont en panne. Par indépendance :

P(A‾∩B‾)=0,1×0,2=0,02P\left(\overline A\cap\overline B\right)=0{,}1\times0{,}2=0{,}02

✅ P=1−0,02=0,98P=1-0{,}02=0{,}98

Question 3

Le bloc {B,C}\{B,C\} en parallèle fonctionne avec la probabilité :

1−P(B‾∩C‾)=1−0,2×0,3=1−0,06=0,941-P\left(\overline B\cap\overline C\right)=1-0{,}2\times0{,}3=1-0{,}06=0{,}94

Le système est en série : AA et le bloc fonctionnent. Les événements sont indépendants :

P=0,9×0,94P=0{,}9\times0{,}94

✅ P=0,846P=0{,}846


Exercice 8 (★★) : vrai ou faux

Justifier chaque réponse :

1. On lance 55 fois un dé équilibré. La probabilité d'obtenir cinq fois le 66 est (16)5\left(\dfrac16\right)^5.

2. Sur nn épreuves de Bernoulli de paramètre pp, la probabilité d'au moins un succès est 1−pn1-p^n.

3. Le nombre de chemins d'un arbre à 33 niveaux binaires menant à exactement 22 succès est 33.

4. Si P(A)=0,9P(A)=0{,}9 et P(B)=0,9P(B)=0{,}9 et si AA, BB sont indépendants, alors P(A∩B)=0,81P(A\cap B)=0{,}81.

✏️ Correction de l'exercice 8

Affirmation 1

Les lancers sont indépendants : P=(16)5=17 776P=\left(\dfrac16\right)^5=\dfrac1{7\,776}.

✅ Vrai.

Affirmation 2

La probabilité de « aucun succès » est (1−p)n(1-p)^n : la probabilité d'au moins un succès est 1−(1−p)n1-(1-p)^n, et non 1−pn1-p^n.

❌ Faux.

Affirmation 3

On choisit les 22 places des succès parmi 33 : (32)=3\dbinom32=3 chemins.

✅ Vrai.

Affirmation 4

Par indépendance : P(A∩B)=P(A)×P(B)=0,9×0,9P(A\cap B)=P(A)\times P(B)=0{,}9\times0{,}9.

✅ Vrai.


🎯 Ce qui peut tomber au bac

  • Des suites de lancers ou de tirages avec remise, avec « au moins un » (exercices 1, 2, 4).
  • Des épreuves différentes indépendantes (exercice 3).
  • Le rang du premier succès (exercice 5).
  • La différence avec / sans remise (exercice 6).
  • La fiabilité d'un système (exercice 7).

QCM : vérifie tes acquis

10 questions, une seule bonne réponse chacune. Choisis une réponse : la correction s'affiche tout de suite. Ton score est enregistré dans Mon espace.

Question 1 sur 10

On lance 33 fois une pièce où « pile » sort avec la probabilité 0,30{,}3. Quelle est la probabilité d'obtenir exactement 22 « pile » ?

Question 2 sur 10

Urne de 44 rouges et 66 vertes, 33 tirages avec remise. Quelle est la probabilité d'obtenir au moins une rouge ?

Question 3 sur 10

Un tirage sans remise dans une petite urne est-il un schéma de Bernoulli ?

Question 4 sur 10

Pour une suite d'épreuves de Bernoulli indépendantes de paramètre pp, quelle est la probabilité que le premier succès ait lieu à l'épreuve nn ?

Question 5 sur 10

Deux composants indépendants fonctionnent avec les probabilités 0,90{,}9 et 0,80{,}8. Quelle est la probabilité que les deux fonctionnent (montage en série) ?

Question 6 sur 10

Dans l'exercice 1, une pièce truquée donne « pile » avec la probabilité 0,30{,}3. Quelle est la probabilité d'obtenir exactement deux « pile » en trois lancers ?

Question 7 sur 10

Dans l'exercice 2 (urne de 44 rouges, 66 vertes, tirage avec remise de 33 boules), quelle est la probabilité que la première boule rouge apparaisse au troisième tirage ?

Question 8 sur 10

Dans l'exercice 4 (archer, probabilité de succès 0,70{,}7, 44 tirs), quelle est la probabilité d'atteindre la cible exactement une fois ?

Question 9 sur 10

Dans l'exercice 5, avec p=0,2p=0{,}2, quelle est la probabilité que le premier succès survienne au rang 44 ?

Question 10 sur 10

Dans l'exercice 7 (fiabilité, composant AA en série avec le bloc {B,C}\{B,C\} en parallèle), quelle est la probabilité de fonctionnement du système complet ?

Un doute sur ce chapitre ? On en parle ensemble, sans engagement.

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