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Mathématiques 2ⁿᵈᵉ

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Probabilités conditionnelles et arbres

Modèle probabiliste et équiprobabilité, probabilité conditionnelle dans un tableau croisé, arbres pondérés, passage d’un arbre à un tableau, probabilité de B sachant A ou de A sachant B, tests de dépistage et faux positifs.

À propos de cette page
Des exercices corrigés de probabilités de 2nde, classés en cinq cas et par difficulté : cardinal et événement contraire, lecture d’un tableau croisé, probabilité sachant un événement, arbres à compléter, tirages sans remise, tableau sur 1 000 individus, contrôle antidopage, casque à vélo et tests de dépistage. Chaque cas contient une question « Justifier » rédigée.

20 exercices, classés par cas comme le cours. Écris ta réponse, puis « Vérifier ».

Cas 1Modèle probabiliste et équiprobabilité

Réflexe — je vérifie l’équiprobabilité, je compte les issues de l’événement et de l’univers (Card), sinon j’additionne les probabilités des issues ; « au moins un » : je passe par le contraire. Revoir la méthode →

Exercice 1★★★Facile

Une urne contient 25 boules indiscernables au toucher, numérotées de 1 à 25. On tire une boule au hasard. A : « le numéro est un multiple de 4 », B : « le numéro est un nombre premier ». Donne un nombre décimal ou une fraction irréductible (exemple : 3/8).

  1. Card(Ω)=
    L’univers est Ω={1;2;…;25} : 25 issues, équiprobables car le tirage se fait au hasard parmi des boules indiscernables.
  2. P(A)=
    A={4;8;12;16;20;24}, Card(A)=6, donc P(A)=625=0,24.
  3. P(B―)=
    B={2;3;5;7;11;13;17;19;23}, Card(B)=9, donc P(B)=925=0,36 et P(B―)=1−0,36=0,64.
  4. Justifier que A et B sont incompatibles, puis donner Card(A∪B)=
    Rédaction attendue. Un multiple de 4 est divisible par 2 et supérieur ou égal à 4 : il a au moins trois diviseurs (1, 2 et lui-même), il n’est donc pas premier. Aucune issue n’est à la fois dans A et dans B : A∩B=∅, les événements sont incompatibles. Aucune issue n’est comptée deux fois : Card(A∪B)=6+9=15.
Exercice 2★★★Facile

Un fabricant de céréales glisse dans chaque boîte une figurine : un lion avec la probabilité 0,38, un tigre avec la probabilité 0,27, un ours avec la probabilité 0,2, sinon un panda. On achète une boîte au hasard.

  1. Probabilité d’obtenir un panda :
    La somme des probabilités des issues vaut 1 : 1−(0,38+0,27+0,2)=1−0,85=0,15.
  2. Probabilité de ne pas obtenir de lion :
    « Pas de lion » est le contraire de « lion » : 1−0,38=0,62.
  3. Probabilité d’obtenir un tigre ou un panda :
    L’événement est formé de deux issues : 0,27+0,15=0,42.
Exercice 3★★★Moyen

Pour ouvrir un cadenas, on tape au hasard un code de deux chiffres, chacun choisi parmi 1, 2, 3, 4, 5 (le même chiffre peut revenir). Une issue est un couple, par exemple (2;5). A : « les deux chiffres sont égaux », B : « la somme des deux chiffres vaut 6 ». Donne un nombre décimal ou une fraction irréductible (exemple : 3/8).

  1. Card(Ω)=
    5 choix pour le premier chiffre et 5 pour le second : 5×5=25 couples, équiprobables puisque le code est tapé au hasard.
  2. P(A∩B)=
    A={(1;1),(2;2),(3;3),(4;4),(5;5)} et B={(1;5),(2;4),(3;3),(4;2),(5;1)}. Une seule issue commune : A∩B={(3;3)}, donc P(A∩B)=125=0,04.
  3. P(A∪B)=
    En comptant (3;3) une seule fois : 5+5−1=9 issues, donc P(A∪B)=925=0,36.
  4. Justifier, à l’aide de l’événement contraire, la probabilité que le code contienne au moins un chiffre pair :
    Rédaction attendue. Le contraire de « au moins un chiffre pair » est « aucun chiffre pair » : les deux chiffres sont pris parmi 1, 3, 5, ce qui donne 3×3=9 couples. Donc la probabilité cherchée vaut 1−925=1625=0,64.
Exercice 4★★★Difficile

On lance deux pièces de monnaie équilibrées et on compte le nombre de « pile ». Un élève affirme : « On obtient 0, 1 ou 2 pile : chaque cas a la probabilité 13. » Donne un nombre décimal ou une fraction irréductible (exemple : 3/8).

  1. En distinguant les deux pièces, nombre d’issues équiprobables :
    Les issues sont les couples (pièce 1 ; pièce 2) : PP, PF, FP, FF. Les pièces étant équilibrées, ces 4 issues sont équiprobables.
  2. Probabilité d’obtenir exactement un pile :
    « Exactement un pile » est formé de deux issues, PF et FP : 24=12=0,5.
  3. Justifier que le modèle de l’élève est faux. Probabilité d’obtenir deux pile :
    Rédaction attendue. Les trois résultats « 0, 1, 2 pile » ne sont pas des issues équiprobables : « 2 pile » ne correspond qu’à l’issue PP, alors que « 1 pile » en regroupe deux. La probabilité de deux pile vaut 14=0,25, et non 13. Choisir une loi est une hypothèse : il faut l’appliquer aux issues symétriques (les couples), pas aux résultats regroupés.

Cas 2Probabilité conditionnelle et tableau croisé

Réflexe — je repère la condition (« parmi », « sachant ») : je divise par son effectif ; sans condition, je divise par le total général. Revoir la méthode →

Exercice 5★★★Facile

Un atelier a réparé 300 vélos ce trimestre : des vélos de route et des VTT, réparés en moins de 48 heures ou non. On choisit un vélo réparé au hasard.

En moins de 48 h APlus long A―Total
Vélo de route D13545180
VTT D―6654120
Total20199300
Donne des nombres décimaux (arrondis au millième si besoin).

  1. P(D―)=
    Il y a 120 VTT sur 300 vélos : P(D―)=120300=0,4.
  2. P(D―∩A)=
    66 vélos sont à la fois des VTT et réparés en moins de 48 h. On divise par le total général : 66300=0,22.
  3. PD―(A)=
    On se restreint aux 120 VTT : PD―(A)=66120=0,55. 55% des VTT ont été réparés en moins de 48 h.
  4. PA(D―)≈
    On se restreint aux 201 vélos réparés en moins de 48 h : PA(D―)=66201=2267≈0,328. Même numérateur qu’à la question précédente, autre dénominateur.
Exercice 6★★★Facile

A et B sont deux événements tels que P(A)=0,8, P(B)=0,5 et P(A∩B)=0,36. Donne des nombres décimaux.

  1. PA(B)=
    P(A)≠0 : PA(B)=P(A∩B)P(A)=0,360,8=0,45.
  2. PB(A)=
    PB(A)=P(A∩B)P(B)=0,360,5=0,72.
  3. PA(B―)=
    Sachant A, B et B― sont contraires, donc PA(B―)=1−PA(B). On le retrouve par le quotient : P(A∩B―)=0,8−0,36=0,44 et PA(B―)=0,440,8=0,55.
Exercice 7★★★Moyen

Un musée a reçu 500 visiteurs un dimanche. 60% ont acheté leur billet en ligne (O), les autres sur place. 30% des visiteurs qui ont acheté sur place ont pris une visite guidée (G). Au total, 95 visiteurs ont pris une visite guidée. On choisit un visiteur au hasard.

  1. Nombre de visiteurs qui ont acheté en ligne et pris une visite guidée :
    En ligne : 500×0,6=300 ; sur place : 200, dont 200×0,3=60 visites guidées. Donc Card(O∩G)=95−60=35.
  2. PO(G)≈ (arrondi au millième)
    On se restreint aux 300 acheteurs en ligne : PO(G)=35300=760≈0,117.
  3. Un guide affirme : « La plupart de mes visiteurs ont acheté leur billet sur place. » Justifier qu’il a raison, alors que seuls 40% des visiteurs achètent sur place. PG(O―)≈ (arrondi au millième)
    Rédaction attendue. Le guide parle de ses visiteurs : la condition est G. Parmi les 95 visiteurs guidés, 60 ont acheté sur place : PG(O―)=6095=1219≈0,632>0,5. Il a donc raison : la proportion d’acheteurs sur place est de 40% dans l’ensemble, mais d’environ 63% parmi les visiteurs guidés.
Exercice 8★★★Difficile

Une entreprise compte 800 salariés. R : « le salarié a plus de 10 ans d’ancienneté », C : « il a suivi une formation cette année ». On sait que 320 salariés ont plus de 10 ans d’ancienneté, que 37,5% d’entre eux ont suivi une formation et que 160 salariés au total ont suivi une formation. On choisit un salarié au hasard.

  1. Card(R∩C)=
    « 37,5% d’entre eux » porte sur les 320 salariés de R : PR(C)=0,375 et Card(R∩C)=320×0,375=120.
  2. PC(R)=
    On se restreint aux 160 salariés formés : PC(R)=120160=0,75.
  3. PR―(C)= (fraction irréductible)
    R― compte 800−320=480 salariés, dont 160−120=40 formés : PR―(C)=40480=112.
  4. Le directeur affirme : « Nos salariés les plus anciens se forment presque tous. » Justifier qu’il se trompe en écrivant la bonne probabilité conditionnelle. Pourcentage de salariés de plus de 10 ans d’ancienneté sans formation cette année : %
    Rédaction attendue. La phrase porte sur les salariés anciens : la condition est R, il faut regarder PR(C)=0,375. Donc PR(C―)=1−0,375=0,625 : 62,5% d’entre eux n’ont pas suivi de formation, la majorité. Le directeur confond avec PC(R)=0,75 : ce sont les salariés formés qui, pour la plupart, sont anciens.

Cas 3Arbres pondérés

Réflexe — je traduis chaque pourcentage (seul ou « parmi »), je complète chaque nœud à 1, puis je multiplie le long du chemin. Revoir la méthode →

Exercice 9★★★Facile

Lors d’une course d’orientation, 70% des inscrits choisissent le circuit facile (C), les autres le circuit difficile. 95% des inscrits du circuit facile trouvent toutes les balises (F), contre 80% de ceux du circuit difficile. On choisit un inscrit au hasard. Donne des nombres décimaux.

  1. P(C―)=
    Premier niveau : P(C―)=1−0,7=0,3.
  2. PC―(F―)=
    « 80% de ceux du circuit difficile » : PC―(F)=0,8. Nœud C― : PC―(F―)=1−0,8=0,2.
  3. P(C∩F)=
    Chemin C puis F : P(C∩F)=0,7×0,95=0,665.
  4. P(C―∩F―)=
    Chemin C― puis F― : 0,3×0,2=0,06.
Exercice 10★★★Facile

On donne l’arbre pondéré ci-dessous, dont certaines branches sont à compléter.0,55A0,6B…B…A0,2B…BDonne des nombres décimaux.

  1. P(A∩B)=
    P(A∩B)=P(A)×PA(B)=0,55×0,6=0,33.
  2. P(A∩B―)=
    Nœud A : PA(B―)=1−0,6=0,4, donc P(A∩B―)=0,55×0,4=0,22.
  3. P(A―∩B―)=
    P(A―)=1−0,55=0,45 et PA―(B―)=1−0,2=0,8 : 0,45×0,8=0,36. Contrôle : P(A―∩B)=0,45×0,2=0,09 et 0,33+0,22+0,09+0,36=1.
Exercice 11★★★Moyen

Un tiroir contient 9 chaussettes : 5 noires et 4 grises. On en prend une au hasard, on la garde, puis on en prend une seconde au hasard. N1 : « la première est noire », N2 : « la seconde est noire ». Donne un nombre décimal ou une fraction irréductible (exemple : 3/8).

  1. PN1(N2)=
    Si la première est noire, il reste 8 chaussettes dont 4 noires : PN1(N2)=48=12.
  2. P(N1∩N2)=
    P(N1∩N2)=59×48=2072=518.
  3. Probabilité de prendre deux chaussettes grises :
    Si la première est grise, il reste 3 grises sur 8 : 49×38=1272=16.
  4. Justifier, avec l’arbre, la probabilité d’obtenir deux chaussettes de couleurs différentes :
    Rédaction attendue. Deux chemins donnent des couleurs différentes. Noire puis grise : 59×48=2072. Grise puis noire : 49×58=2072. Ces deux issues sont distinctes, on additionne : 2072+2072=4072=59. Contrôle : 518+16+59=518+318+1018=1.
Exercice 12★★★Difficile

A et B sont deux événements tels que P(A)=0,4, P(A∩B)=0,1 et P(A―∩B)=0,48. On veut reconstituer l’arbre pondéré (premier niveau A, A―). Donne des nombres décimaux.

  1. PA(B)=
    Règle du chemin : P(A∩B)=P(A)×PA(B), donc PA(B)=0,10,4=0,25.
  2. PA―(B)=
    P(A―)=1−0,4=0,6 et PA―(B)=0,480,6=0,8.
  3. Calculer P(A∩B―) puis P(A―∩B―), et vérifier que la somme des quatre chemins vaut 1. P(A∩B―)=
    Rédaction attendue. Nœud A : PA(B―)=1−0,25=0,75, donc P(A∩B―)=0,4×0,75=0,3. Nœud A― : PA―(B―)=1−0,8=0,2, donc P(A―∩B―)=0,6×0,2=0,12. Somme des quatre chemins : 0,1+0,3+0,48+0,12=1.

Cas 4Passer d’un arbre à un tableau (et retour)

Réflexe — arbre → tableau : chaque case = effectif total × probabilité du chemin ; tableau → arbre : chaque branche = case ÷ total de la ligne ; « dans l’autre sens » : case ÷ total de la colonne. Revoir la méthode →

Exercice 13★★★Facile

Dans une ville, 40% des habitants ont un chien (C). 30% des propriétaires de chien font du jogging (J), contre 10% des autres habitants. On raisonne sur 1000 habitants, puis on choisit un habitant au hasard. Donne un nombre décimal ou une fraction irréductible (exemple : 3/8).

  1. Card(C∩J)=
    1000×0,4=400 propriétaires de chien, dont 400×0,3=120 joggeurs.
  2. Card(J)=
    Autres habitants : 600, dont 600×0,1=60 joggeurs. Colonne J : 120+60=180.
  3. P(J)=
    P(J)=1801000=0,18.
  4. PJ(C)=
    On se restreint aux 180 joggeurs : PJ(C)=120180=23.
Exercice 14★★★Facile

Un service de location possède 200 trottinettes. On en choisit une au hasard.

En panne KEn état K―Total
Électrique E18102120
Mécanique E―47680
Total22178200
Donne un nombre décimal ou une fraction irréductible (exemple : 3/8).

  1. Premier niveau de l’arbre : P(E)=
    P(E)=120200=0,6.
  2. Branche de E vers K : PE(K)=
    On lit la ligne E : PE(K)=18120=0,15.
  3. Branche de E― vers K : PE―(K)=
    Ligne E― : PE―(K)=480=0,05.
  4. Une trottinette est en panne. Probabilité qu’elle soit électrique :
    On lit la colonne K : PK(E)=1822=911. Cette probabilité ne figure pas sur l’arbre de premier niveau E.
Exercice 15★★★Moyen

Chez un fleuriste, 55% des bouquets vendus sont des bouquets de roses (R). 12% des bouquets de roses et 4% des autres bouquets sont commandés en ligne (W). On raisonne sur 1000 bouquets, puis on choisit un bouquet au hasard.

  1. Card(R∩W)=
    1000×0,55=550 bouquets de roses, dont 550×0,12=66 commandés en ligne.
  2. Card(R―∩W)=
    450 autres bouquets, dont 450×0,04=18 commandés en ligne.
  3. P(W)=
    Colonne W : 66+18=84 bouquets, donc P(W)=841000=0,084.
  4. Justifier, à l’aide du tableau, la probabilité qu’un bouquet commandé en ligne soit un bouquet de roses (arrondie au millième) :
    Rédaction attendue. La condition est « commandé en ligne » : on se restreint à la colonne W, qui compte 84 bouquets, dont 66 de roses. PW(R)=6684=1114≈0,786. Environ 79% des commandes en ligne sont des roses, alors que les roses font 55% des ventes.
Exercice 16★★★Difficile

Une enquête porte sur les vacances d’été. 35% des familles sont parties à la mer (M), les autres ailleurs. 60% des familles parties à la mer ont loué un logement (L). Au total, 45% des familles ont loué un logement. On raisonne sur 1000 familles, puis on choisit une famille au hasard.

  1. Card(M∩L)=
    1000×0,35=350 familles à la mer, dont 350×0,6=210 ont loué.
  2. Card(M―∩L)=
    La colonne L compte 1000×0,45=450 familles : 450−210=240.
  3. PM―(L)≈ (arrondi au millième)
    M― compte 650 familles : PM―(L)=240650=2465≈0,369. C’est la branche de l’arbre que l’énoncé ne donnait pas.
  4. Justifier que, parmi les familles qui ont loué un logement, moins de la moitié sont parties à la mer. PL(M)= (fraction irréductible)
    Rédaction attendue. La condition est L : on se restreint aux 450 familles qui ont loué, dont 210 sont parties à la mer. PL(M)=210450=715≈0,467<0,5. Pourtant PM(L)=0,6 : ces deux probabilités ne répondent pas à la même question.

Cas 5Probabilité de B sachant A ou de A sachant B ? Tests et faux positifs

Réflexe — je repère la condition de chaque phrase ; pour « positif : malade ? », tableau sur 10 000 personnes puis vrais positifs ÷ total des positifs. Revoir la méthode →

Exercice 17★★★Facile

Un contrôle antidopage est positif pour 90% des athlètes dopés et négatif pour 98% des athlètes non dopés. On note D : « l’athlète est dopé » et T : « le contrôle est positif ». Réponds par un mot ou un nombre.

  1. Un athlète non dopé dont le contrôle est positif est un positif.
    Il n’est pas dopé mais le test le désigne : c’est un faux positif (D―∩T).
  2. Spécificité du test, en pourcentage : %
    La spécificité est PD―(T―), la proportion de non-dopés dont le contrôle est négatif : 98%.
  3. Pourcentage de faux positifs parmi les athlètes non dopés : %
    PD―(T)=1−0,98=0,02, soit 2%.
  4. Pourcentage d’athlètes dopés dont le contrôle est négatif (faux négatifs) : %
    La sensibilité est PD(T)=0,9, donc PD(T―)=1−0,9=0,1 : 10% de faux négatifs parmi les dopés.
Exercice 18★★★Facile

Une étude porte sur 2000 cyclistes d’une ville pendant un an. On choisit un cycliste au hasard.

Blessé BNon blessé B―Total
Avec casque K1211881200
Sans casque K―28772800
Total4019602000
Donne des nombres décimaux.

  1. PB(K―)=
    Parmi les 40 blessés, 28 roulaient sans casque : PB(K―)=2840=0,7.
  2. PK―(B)=
    Parmi les 800 cyclistes sans casque, 28 ont été blessés : 28800=0,035.
  3. PK(B)=
    121200=0,01.
  4. Un article titre : « Rouler sans casque : 70% de risque d’être blessé. » Justifier qu’il inverse le conditionnement, puis donner le rapport PK―(B)PK(B)=
    Rédaction attendue. Le nombre 0,7 est PB(K―) : la proportion de cyclistes sans casque parmi les blessés. Le risque d’être blessé quand on roule sans casque est PK―(B)=0,035, soit 3,5%. Le titre confond les deux. En revanche, 0,0350,01=3,5 : dans cette étude, le risque est 3,5 fois plus élevé sans casque.
Exercice 19★★★Moyen

Une maladie touche 4% des oliviers d’une région. Un test sur feuille est positif (T) pour 95% des oliviers malades (M) et pour 8% des oliviers sains. On raisonne sur 10000 oliviers, puis on choisit un olivier au hasard.

  1. Nombre de vrais positifs :
    10000×0,04=400 oliviers malades, dont 400×0,95=380 positifs.
  2. Nombre de faux positifs :
    9600 oliviers sains, dont 9600×0,08=768 positifs.
  3. P(T)=
    380+768=1148 positifs : P(T)=114810000=0,1148.
  4. Justifier que la plupart des oliviers positifs sont sains. PT(M)≈ (arrondi au millième)
    Rédaction attendue. On se restreint aux 1148 oliviers positifs, dont 380 sont malades : PT(M)=3801148=95287≈0,331. Donc PT(M―)≈0,669>0,5 : environ deux positifs sur trois sont des faux positifs. La maladie est rare, et les 8% de faux positifs portent sur 96% des arbres.
Exercice 20★★★Difficile

Un test rapide d’angine bactérienne a une sensibilité de 90% et une spécificité de 95%. Un médecin l’utilise chez des patients qui ont mal à la gorge : 30% d’entre eux ont une angine bactérienne (M). Une campagne propose aussi le test à toute la population, où 1% des personnes ont une angine bactérienne.

  1. Chez les patients du médecin (tableau sur 1000 patients), PT(M)≈ (arrondi au millième)
    300 malades, dont 300×0,9=270 positifs ; 700 non malades, dont 700×0,05=35 positifs. PT(M)=270305=5461≈0,885.
  2. Dans la population (tableau sur 10000 personnes), nombre de faux positifs :
    100 malades et 9900 personnes non malades, dont 9900×0,05=495 positives : ce sont les faux positifs.
  3. Justifier que le même test est bien moins utile dans la population générale. Dans la population, PT(M)≈ (arrondi au millième)
    Rédaction attendue. Dans la population : 100×0,9=90 vrais positifs et 495 faux positifs, soit 585 positifs. PT(M)=90585=213≈0,154. Le test est le même (sensibilité et spécificité inchangées), mais la maladie est 30 fois plus rare : les faux positifs l’emportent. Chez les patients qui ont des symptômes, un positif est malade dans environ 89% des cas ; dans la population générale, dans environ 15% des cas seulement.
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