TERMINALE • SPÉCIALITÉ MATHÉMATIQUES

Modélisation et niveau bac

Exercices progressifs • Justifier un modèle • Calculer • Interpréter • Prendre une décision

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Objectif : résoudre des problèmes complets de loi binomiale : identifier la variable aléatoire, justifier le modèle, choisir le bon événement, effectuer le calcul adapté et interpréter le résultat dans le contexte.

1Contrôle qualité

Une usine produit des composants électroniques. On estime que \(6\,\%\) des composants sont défectueux. On prélève au hasard \(25\) composants dans une production suffisamment importante pour assimiler ce prélèvement à des tirages indépendants.

On note \(X\) le nombre de composants défectueux dans l'échantillon.

  1. Justifier que \(X\) suit une loi binomiale et préciser ses paramètres.
  2. Calculer la probabilité d'obtenir exactement \(2\) composants défectueux.
  3. Calculer la probabilité d'obtenir au plus \(1\) composant défectueux.
  4. Calculer la probabilité d'obtenir au moins \(3\) composants défectueux.
  5. Déterminer \(E(X)\) et interpréter cette valeur.

Les probabilités seront arrondies au millième.

2Présence à un événement

Lors d'un événement, chaque personne inscrite a une probabilité de \(0{,}85\) d'être effectivement présente. On suppose les présences indépendantes. Vingt personnes sont inscrites.

On note \(Y\) le nombre de personnes présentes.

  1. Donner la loi de \(Y\).
  2. Calculer la probabilité qu'au moins \(18\) personnes soient présentes.
  3. Calculer \(P(16\leq Y\leq19)\).
  4. Calculer \(E(Y)\), \(V(Y)\) et \(\sigma(Y)\).
  5. Interpréter l'espérance dans le contexte.

Les probabilités seront arrondies au millième et l'écart-type au centième.

3Combien de tentatives faut-il ?

Lors d'une campagne de prospection, chaque contact répond favorablement avec une probabilité de \(0{,}12\), indépendamment des autres contacts.

On effectue \(n\) contacts.

  1. Exprimer, en fonction de \(n\), la probabilité de n'obtenir aucune réponse favorable.
  2. En déduire la probabilité d'obtenir au moins une réponse favorable.
  3. Déterminer le plus petit entier \(n\) pour lequel la probabilité d'obtenir au moins une réponse favorable est supérieure ou égale à \(0{,}95\).
  4. Vérifier le résultat en comparant les probabilités obtenues pour \(n-1\) et \(n\).

4Problème type bac : conformité d'un lot

Un fournisseur affirme que \(92\,\%\) de ses pièces sont conformes. Pour contrôler cette affirmation, on prélève \(40\) pièces de manière indépendante.

On note \(Z\) le nombre de pièces conformes.

  1. Justifier que \(Z\sim\mathcal B(40,0{,}92)\).
  2. Calculer la probabilité que exactement \(38\) pièces soient conformes.
  3. Le lot est accepté si au moins \(36\) pièces sont conformes. Calculer la probabilité que le lot soit accepté.
  4. Calculer \(P(35\leq Z\leq39)\).
  5. Calculer \(E(Z)\), \(V(Z)\) et \(\sigma(Z)\), puis interpréter l'espérance.
  6. Un second fournisseur annonce un taux de conformité de \(95\,\%\). Avec le même critère d'acceptation, calculer la probabilité d'acceptation et comparer les deux fournisseurs.

Les probabilités seront arrondies au millième et l'écart-type au centième.

Méthode bac : dans chaque problème, commencer par définir précisément le succès, vérifier l'indépendance des répétitions et la constance de la probabilité \(p\), puis écrire la loi sous la forme \[ X\sim\mathcal B(n,p). \] Ensuite seulement, traduire la phrase en événement et choisir le calcul adapté.
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Exercice 1

1. Chaque composant correspond à une épreuve de Bernoulli dont le succès est « le composant est défectueux », de probabilité \(0{,}06\). Les \(25\) prélèvements sont assimilés à des essais indépendants. Ainsi :

\[ \boxed{X\sim\mathcal B(25,0{,}06)}. \]

2.

\[ P(X=2)=\binom{25}{2}(0{,}06)^2(0{,}94)^{23} \approx\boxed{0,260}. \]

3.

\[ P(X\leq1)=P(X=0)+P(X=1)\approx\boxed{0,553}. \]

4.

\[ P(X\geq3)=1-P(X\leq2)\approx\boxed{0,187}. \]

5.

\[ E(X)=np=25\times0{,}06=\boxed{1{,}5}. \] Sur un grand nombre de prélèvements de \(25\) composants, on observerait en moyenne \(1{,}5\) composant défectueux par prélèvement.

Exercice 2

1. Le succès est « la personne est présente », de probabilité \(0{,}85\), et les \(20\) présences sont supposées indépendantes :

\[ \boxed{Y\sim\mathcal B(20,0{,}85)}. \]

2.

\[ P(Y\geq18)\approx\boxed{0,405}. \]

3.

\[ P(16\leq Y\leq19)\approx\boxed{0,791}. \]

4.

\[ E(Y)=20\times0{,}85=\boxed{17}, \] \[ V(Y)=20\times0{,}85\times0{,}15=\boxed{2{,}55}, \] et \[ \sigma(Y)=\sqrt{2{,}55}\approx\boxed{1,60}. \]

5. Sur un grand nombre d'événements comparables avec \(20\) inscrits, on peut s'attendre en moyenne à \(17\) personnes présentes.

Exercice 3

1. La probabilité qu'un contact ne réponde pas favorablement vaut \(1-0{,}12=0{,}88\). Ainsi :

\[ P(\text{aucune réponse favorable})=(0{,}88)^n. \]

2. Par événement contraire :

\[ P(\text{au moins une réponse favorable})=1-(0{,}88)^n. \]

3. On cherche :

\[ 1-(0{,}88)^n\geq0{,}95. \] Cela équivaut à : \[ (0{,}88)^n\leq0{,}05. \] En prenant les logarithmes : \[ n\ln(0{,}88)\leq\ln(0{,}05). \] Comme \(\ln(0{,}88)<0\), le sens de l'inégalité s'inverse lorsqu'on divise : \[ n\geq\frac{\ln(0{,}05)}{\ln(0{,}88)}\approx 23,43. \] Le plus petit entier convenable est donc : \[ \boxed{n=24}. \]

4.

\[ 1-(0{,}88)^{23}\approx 0,947<0{,}95, \] tandis que \[ 1-(0{,}88)^{24}\approx 0,953\geq0{,}95. \] Le résultat est bien confirmé.

Exercice 4

1. Les \(40\) contrôles sont modélisés par des épreuves de Bernoulli indépendantes, avec une probabilité de conformité \(p=0{,}92\). Donc :

\[ \boxed{Z\sim\mathcal B(40,0{,}92)}. \]

2.

\[ P(Z=38)=\binom{40}{38}(0{,}92)^{38}(0{,}08)^2 \approx\boxed{0,210}. \]

3.

\[ P(Z\geq36)=1-P(Z\leq35)\approx\boxed{0,787}. \]

4.

\[ P(35\leq Z\leq39)\approx\boxed{0,868}. \]

5.

\[ E(Z)=40\times0{,}92=\boxed{36{,}8}, \] \[ V(Z)=40\times0{,}92\times0{,}08=\boxed{2{,}944}, \] et \[ \sigma(Z)=\sqrt{2{,}944}\approx\boxed{1,72}. \] Sur un grand nombre de lots de \(40\) pièces, on observe en moyenne \(36{,}8\) pièces conformes par lot.

6. Pour un taux de conformité de \(95\,\%\), si \(T\sim\mathcal B(40,0{,}95)\), alors :

\[ P(T\geq36)\approx\boxed{0,952}. \] Cette probabilité est supérieure à celle obtenue avec un taux de conformité de \(92\,\%\). Le second fournisseur a donc davantage de chances de satisfaire le critère d'acceptation.