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Loi géométrique : temps d’attente discret

Rappels de 1re sur les probabilités conditionnelles et les suites géométriques, rang du premier succès d’un schéma de Bernoulli et loi géométrique, probabilités P(X > k) et P(X ⩽ k) et seuils, espérance 1/p et simulation en Python, absence de mémoire.

À propos de cette page
Un QCM sur la loi géométrique en trois niveaux de douze questions : formule de P(X = k), P(X > k), espérance, binomiale ou géométrique, seuils, coût moyen, absence de mémoire, piège du « 6 en retard » et tirages sans remise. Chaque réponse est expliquée.

Les 36 questions du QCM en version texte

Pour réviser sans écran ou imprimer : chaque question avec ses propositions ; la bonne réponse et son explication se déplient.

Niveau facile ★ — 12 questions
  1. On répète des épreuves de Bernoulli identiques et indépendantes de paramètre p, et X est le rang du premier succès. X suit la loi :

    • A. binomiale de paramètres n et p
    • B. géométrique de paramètre p
    • C. uniforme sur {1, …, n}
    • D. de Bernoulli de paramètre p
    Réponse

    B. géométrique de paramètre p — X est un rang de premier succès, sans nombre d’épreuves fixé : c’est la loi géométrique. La loi binomiale compte des succès sur n épreuves fixées.

  2. X suit la loi géométrique de paramètre 0,42. P(X = 1) vaut :

    • A. 0,2436
    • B. 0,58
    • C. 0,1764
    • D. 0,42
    Réponse

    D. 0,42 — P(X = 1) = (1 − p)⁰ × p = p = 0,42 : succès dès la première épreuve. 0,58 est la probabilité d’un échec, 0,2436 celle de X = 2 et 0,1764 = 0,42² celle de deux succès de suite.

  3. X suit la loi géométrique de paramètre 0,1. P(X = 3) vaut :

    • A. 0,0729
    • B. 0,009
    • C. 0,081
    • D. 0,243
    Réponse

    C. 0,081 — Deux échecs puis un succès : 0,9² × 0,1 = 0,081. La valeur 0,0729 = 0,9³ × 0,1 vient de l’exposant k au lieu de k − 1.

  4. Quelles valeurs une variable aléatoire de loi géométrique peut-elle prendre ?

    • A. les entiers de 0 à n
    • B. tous les entiers 1, 2, 3, …
    • C. les réels de l’intervalle ]0 ; 1[
    • D. les entiers naturels 0, 1, 2, 3, …
    Réponse

    B. tous les entiers 1, 2, 3, … — X est le rang du premier succès : au moins 1, sans limite fixée à l’avance. La valeur 0 est impossible, car il faut au moins une épreuve.

  5. X suit la loi géométrique de paramètre p. P(X > k) vaut :

    • A. (1 − p)ᵏ
    • B. (1 − p)ᵏ⁻¹
    • C. 1 − (1 − p)ᵏ
    • D. 1 − pᵏ
    Réponse

    A. (1 − p)ᵏ — X > k signifie que les k premières épreuves sont des échecs : (1 − p)ᵏ. 1 − (1 − p)ᵏ est P(X ⩽ k) et (1 − p)ᵏ⁻¹ est P(X ⩾ k).

  6. X suit la loi géométrique de paramètre 0,0125. Son espérance vaut :

    • A. 0,0125
    • B. environ 1,013
    • C. 0,9875
    • D. 80
    Réponse

    D. 80 — E(X) = 1/p = 1/0,0125 = 80. La valeur 1/0,9875 ≈ 1,013 vient de 1/(1 − p), et 0,9875 est la probabilité d’un échec.

  7. Une crue a chaque année la probabilité 0,005 de se produire, indépendamment des autres années. Sa période de retour est :

    • A. 50 ans
    • B. 200 ans
    • C. 500 ans
    • D. 20 ans
    Réponse

    B. 200 ans — La période de retour est le temps d’attente moyen : 1/0,005 = 200 ans.

  8. On lance 10 fois un dé équilibré et X compte les 6 obtenus. X suit :

    • A. la loi géométrique de paramètre 1/6
    • B. la loi binomiale B(10 ; 1/6)
    • C. la loi uniforme sur {1, …, 10}
    • D. la loi géométrique de paramètre 1/10
    Réponse

    B. la loi binomiale B(10 ; 1/6) — Nombre d’épreuves fixé (10) et on compte les succès : loi binomiale. La loi géométrique décrit le rang du premier 6.

  9. On lance un dé équilibré jusqu’à obtenir un 6 ; X est le nombre de lancers. P(X = 2) vaut :

    • A. 1/36
    • B. 1/3
    • C. 5/36
    • D. 25/36
    Réponse

    C. 5/36 — Un lancer sans 6, puis un 6 : 5/6 × 1/6 = 5/36.

  10. X suit la loi géométrique de paramètre p. La valeur la plus probable de X est :

    • A. 1
    • B. l’espérance 1/p
    • C. l’entier le plus proche de 1/p
    • D. 0
    Réponse

    A. 1 — P(X = k + 1) = (1 − p) P(X = k) < P(X = k) : les probabilités décroissent, la plus grande est P(X = 1) = p.

  11. X suit la loi géométrique de paramètre 0,9. PX > 2(X > 5) vaut :

    • A. 0,00001
    • B. 0,01
    • C. 0,001
    • D. 0,999
    Réponse

    C. 0,001 — Absence de mémoire : PX > 2(X > 5) = P(X > 3) = 0,1³ = 0,001.

  12. Dans la fonction geometrique(p) du cours, la boucle while random() >= p tourne :

    • A. tant que l’épreuve échoue
    • B. exactement p fois de suite
    • C. tant que l’épreuve réussit
    • D. exactement 1/p fois
    Réponse

    A. tant que l’épreuve échoue — random() >= p est vrai avec la probabilité 1 − p : c’est un échec. La boucle s’arrête au premier succès.

Niveau moyen ★★ — 12 questions
  1. X suit la loi géométrique de paramètre 0,8. P(X ⩽ 3) vaut :

    • A. 0,008
    • B. 0,992
    • C. 0,9984
    • D. 0,96
    Réponse

    B. 0,992 — P(X ⩽ 3) = 1 − P(X > 3) = 1 − 0,2³ = 1 − 0,008 = 0,992. La valeur 0,008 est P(X > 3), 0,96 est P(X ⩽ 2) et 0,9984 est P(X ⩽ 4).

  2. X suit la loi géométrique de paramètre 0,3. P(X ⩾ 4) vaut :

    • A. 0,2401
    • B. 0,657
    • C. 0,343
    • D. 0,1029
    Réponse

    C. 0,343 — X ⩾ 4 équivaut à X > 3 : P = 0,7³ = 0,343. La valeur 0,2401 = 0,7⁴ correspond à X > 4.

  3. X suit une loi géométrique d’espérance 16. Son paramètre p vaut :

    • A. 0,16
    • B. 0,0625
    • C. 0,625
    • D. 0,016
    Réponse

    B. 0,0625 — E(X) = 1/p = 16, donc p = 1/16 = 0,0625.

  4. X suit la loi géométrique de paramètre 0,2. P(2 ⩽ X ⩽ 4) vaut :

    • A. 0,2304
    • B. 0,5904
    • C. 0,3904
    • D. 0,288
    Réponse

    C. 0,3904 — P(2 ⩽ X ⩽ 4) = P(X > 1) − P(X > 4) = 0,8 − 0,8⁴ = 0,8 − 0,4096 = 0,3904. La valeur 0,5904 est P(X ⩽ 4) ; 0,2304 oublie la valeur 2 et 0,288 oublie la valeur 4.

  5. Le plus petit entier n tel que 1 − 0,9ⁿ ⩾ 0,99 est :

    • A. 43
    • B. 44
    • C. 22
    • D. 11
    Réponse

    B. 44 — 0,9ⁿ ⩽ 0,01 ⟺ n ⩾ ln 0,01 / ln 0,9 ≈ 43,7. Contrôle : 0,9⁴³ ≈ 0,0108 > 0,01 et 0,9⁴⁴ ≈ 0,0097 : n = 44.

  6. Un joueur paie 2 € par partie et rejoue jusqu’à sa première victoire ; chaque partie est gagnée avec la probabilité 0,25, indépendamment. Sa dépense moyenne est :

    • A. 0,50 €
    • B. 6 €
    • C. 8 €
    • D. 2 €
    Réponse

    C. 8 € — Le nombre de parties X suit la loi géométrique de paramètre 0,25 : E(X) = 4. Par linéarité, E(2X) = 2 × 4 = 8 €.

  7. X suit la loi géométrique de paramètre 0,48. PX > 3(X = 5) vaut :

    • A. environ 0,0351
    • B. 0,48
    • C. 0,129792
    • D. 0,2496
    Réponse

    D. 0,2496 — Absence de mémoire : PX > 3(X = 5) = P(X = 2) = 0,52 × 0,48 = 0,2496. La valeur 0,52⁴ × 0,48 ≈ 0,0351 est P(X = 5), sans condition, et 0,129792 est P(X = 3).

  8. X suit une loi géométrique et P(X > 2) = 0,49. Son paramètre p vaut :

    • A. 0,3
    • B. 0,51
    • C. 0,7
    • D. 0,245
    Réponse

    A. 0,3 — (1 − p)² = 0,49 et 1 − p > 0, donc 1 − p = 0,7 et p = 0,3.

  9. Chaque mois, un composant tombe en panne avec la probabilité 0,07, indépendamment. Il fonctionne depuis 10 mois. La probabilité qu’il tombe en panne le mois suivant est :

    • A. 0,07
    • B. environ 0,034
    • C. 0,5
    • D. 0,93
    Réponse

    A. 0,07 — Absence de mémoire : le mois suivant est comme un premier mois, la probabilité de panne reste 0,07. La valeur 0,93¹⁰ × 0,07 ≈ 0,034 est P(X = 11) pour un composant neuf.

  10. Combien de termes compte la somme 1 + q + q² + … + q⁹ ?

    • A. 9
    • B. 8
    • C. 11
    • D. 10
    Réponse

    D. 10 — Les exposants vont de 0 à 9 : il y a 10 termes, et la somme vaut (1 − q¹⁰)/(1 − q) pour q ≠ 1.

  11. Pour 0 < q < 1 et n ⩾ 1, la somme 1 + q + … + qⁿ⁻¹ vaut :

    • A. (1 − qⁿ⁻¹)/(1 − q)
    • B. (1 − qⁿ)/(1 − q)
    • C. (1 − qⁿ⁺¹)/(1 − q)
    • D. 1/(1 − q)
    Réponse

    B. (1 − qⁿ)/(1 − q) — La somme a n termes, d’où qⁿ au numérateur. 1/(1 − q) est sa limite quand n devient grand, pas sa valeur.

  12. B est inclus dans A, P(A) = 0,5 et P(B) = 0,2. PA(B) vaut :

    • A. 0,1
    • B. 0,2
    • C. 2,5
    • D. 0,4
    Réponse

    D. 0,4 — B ⊂ A donne A ∩ B = B, donc PA(B) = 0,2 / 0,5 = 0,4. La valeur 0,1 = 0,5 × 0,2 supposerait l’indépendance.

Niveau difficile ★★★ — 12 questions
  1. Une variable X à valeurs dans {1, 2, 3, …} vérifie P(X > n) = 0,8ⁿ pour tout entier naturel n. Alors :

    • A. X suit la loi géométrique de paramètre 0,8
    • B. X suit la loi géométrique de paramètre 0,2
    • C. X suit la loi binomiale de paramètres n et 0,8
    • D. on ne peut rien affirmer sur la loi de X
    Réponse

    B. X suit la loi géométrique de paramètre 0,2 — P(X = k) = P(X > k − 1) − P(X > k) = 0,8ᵏ⁻¹ − 0,8ᵏ = 0,8ᵏ⁻¹ × 0,2 : loi géométrique de paramètre 0,2 (0,8 est la probabilité d’échec).

  2. Avec un dé équilibré, on a fait 10 lancers sans obtenir de 6. La probabilité d’obtenir 6 au lancer suivant est :

    • A. supérieure à 1/6, car le 6 est en retard
    • B. inférieure à 1/6, car le dé semble l’éviter
    • C. égale à (5/6)¹⁰ × 1/6, environ 0,027
    • D. égale à 1/6, comme à chaque lancer
    Réponse

    D. égale à 1/6, comme à chaque lancer — Les lancers sont indépendants (absence de mémoire) : la probabilité reste 1/6. (5/6)¹⁰ × 1/6 est la probabilité, avant de commencer, que le premier 6 arrive au 11e lancer.

  3. X suit la loi géométrique de paramètre p. Laquelle de ces égalités est fausse ?

    • A. P(X ⩾ k) = (1 − p)ᵏ
    • B. P(X > k) = (1 − p)ᵏ
    • C. P(X ⩽ k) = 1 − (1 − p)ᵏ
    • D. P(X = 1) = p
    Réponse

    A. P(X ⩾ k) = (1 − p)ᵏ — X ⩾ k équivaut à X > k − 1, donc P(X ⩾ k) = (1 − p)ᵏ⁻¹ : la première égalité est fausse. Les trois autres sont justes.

  4. Un orage de grêle exceptionnel a une période de retour de 50 ans. La probabilité qu’il se produise au moins une fois en 50 ans est environ :

    • A. 1
    • B. 0,5
    • C. 0,64
    • D. 0,02
    Réponse

    C. 0,64 — p = 1/50 = 0,02 par an et P(X ⩽ 50) = 1 − 0,98⁵⁰ ≈ 0,64. Une période de retour n’est pas une garantie.

  5. X suit la loi géométrique de paramètre p. E(3X + 2) vaut :

    • A. 3/p + 2
    • B. 3/p
    • C. 5/p
    • D. 3p + 2
    Réponse

    A. 3/p + 2 — Linéarité : E(3X + 2) = 3 E(X) + 2 = 3/p + 2.

  6. X suit la loi géométrique de paramètre p, avec 0 < p < 1. La suite des nombres P(X = k), pour k ⩾ 1, est :

    • A. géométrique de raison 1 − p, décroissante
    • B. géométrique de raison p, donc croissante en k
    • C. arithmétique de raison −p, décroissante
    • D. constante, toujours égale à p
    Réponse

    A. géométrique de raison 1 − p, décroissante — P(X = k + 1) = (1 − p) × P(X = k) : suite géométrique de premier terme p et de raison 1 − p, comprise entre 0 et 1, donc décroissante.

  7. Une urne contient 3 boules rouges et 7 blanches. On tire avec remise jusqu’à la première rouge. Le nombre moyen de tirages est :

    • A. 3
    • B. 7/3
    • C. 10/3
    • D. 0,3
    Réponse

    C. 10/3 — Avec remise, chaque tirage donne rouge avec la probabilité 0,3 : le rang suit la loi géométrique de paramètre 0,3 et E = 1/0,3 = 10/3 ≈ 3,33.

  8. Même urne (3 rouges, 7 blanches), mais on tire sans remise jusqu’à la première rouge. Le rang X de la première rouge :

    • A. suit la loi géométrique de paramètre 0,3 à chaque tirage
    • B. n’est pas de loi géométrique, faute d’indépendance
    • C. suit la loi binomiale de paramètres 10 et 0,3
    • D. suit la loi uniforme sur les entiers de 1 à 10
    Réponse

    B. n’est pas de loi géométrique, faute d’indépendance — Sans remise, la composition change : la probabilité de rouge varie et les tirages ne sont pas indépendants. X ne dépasse d’ailleurs jamais 8.

  9. X suit la loi géométrique de paramètre p. La probabilité PX > m(X > m + n) ne dépend pas de :

    • A. n
    • B. p
    • C. m
    • D. 1 − p
    Réponse

    C. m — Elle vaut P(X > n) = (1 − p)ⁿ : elle dépend de p et de n, pas de m. C’est l’absence de mémoire.

  10. X suit la loi géométrique de paramètre 0,06. Le plus petit entier n tel que P(X ⩽ n) ⩾ 0,5 est :

    • A. 11
    • B. 12
    • C. 17
    • D. 6
    Réponse

    B. 12 — 0,94ⁿ ⩽ 0,5 ⟺ n ⩾ ln 0,5 / ln 0,94 ≈ 11,2. Contrôle : 0,94¹¹ ≈ 0,506 et 0,94¹² ≈ 0,476 : n = 12, bien avant l’espérance 1/0,06 ≈ 16,7.

  11. Z suit la loi uniforme sur {1, 2, 3, 4}. PZ > 1(Z > 2) vaut :

    • A. 3/4
    • B. 1/2
    • C. 1/3
    • D. 2/3
    Réponse

    D. 2/3 — P(Z > 2)/P(Z > 1) = (2/4)/(3/4) = 2/3, différent de P(Z > 1) = 3/4 : Z n’est pas sans mémoire.

  12. L’appel moyenne(0.2, 100 000) du cours renvoie 5,01. Ce résultat :

    • A. prouve que E(X) vaut exactement 5,01
    • B. contredit le cours, où E(X) vaut 0,2
    • C. montre que la valeur la plus probable est 5
    • D. est proche de E(X) = 1/0,2 = 5, comme attendu
    Réponse

    D. est proche de E(X) = 1/0,2 = 5, comme attendu — Une moyenne de nombreuses réalisations est proche de l’espérance 1/p = 5, sans lui être égale. La valeur la plus probable reste 1.

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