MÉTHODE 6

Utiliser l'événement contraire

Variables aléatoires et loi binomiale • Terminale spécialité mathématiques

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Avec une loi binomiale, certaines probabilités seraient longues à calculer directement. Le recours à l'événement contraire permet souvent de transformer le problème en un seul calcul simple.

1. La règle fondamentale

Pour tout événement \(A\) : \[ \boxed{P(\overline A)=1-P(A)}. \] De façon équivalente : \[ \boxed{P(A)=1-P(\overline A)}. \]
L'idée consiste donc à se demander : « Quel est l'événement contraire de celui que je cherche ? »

2. Cas essentiel : « au moins un succès »

L'événement contraire de : \[ \text{« obtenir au moins un succès »} \] est : \[ \text{« n'obtenir aucun succès »}. \] Ainsi : \[ \boxed{P(X\geq1)=1-P(X=0)}. \]

Si \(X\sim\mathcal B(n,p)\), alors :

\[ P(X=0)=(1-p)^n. \] Donc :
\[ \boxed{P(X\geq1)=1-(1-p)^n}. \]
On répète \(18\) fois une épreuve indépendante dont la probabilité de succès est \(0{,}25\). Alors : \[ X\sim\mathcal B(18,0{,}25). \] La probabilité d'obtenir au moins un succès est : \[ P(X\geq1)=1-P(X=0). \] Donc : \[ P(X\geq1)=1-(0{,}75)^{18}. \] Ainsi : \[ \boxed{P(X\geq1)\approx0{,}994}. \]

3. « Au moins \(k\) succès »

L'événement contraire de : \[ \{X\geq k\} \] est : \[ \{X\leq k-1\}. \] Ainsi : \[ \boxed{P(X\geq k)=1-P(X\leq k-1)}. \]
Toujours avec : \[ X\sim\mathcal B(18,0{,}25), \] on cherche la probabilité d'obtenir au moins \(5\) succès. On écrit : \[ P(X\geq5)=1-P(X\leq4). \] On obtient : \[ \boxed{P(X\geq5)\approx0{,}481}. \]
Erreur très fréquente : \[ P(X\geq5)\neq1-P(X\leq5). \] Le complémentaire de \(X\geq5\) est bien : \[ X\leq4. \]

4. « Plus de \(k\) succès »

« Plus de \(k\) succès » signifie : \[ X>k. \] L'événement contraire est : \[ X\leq k. \] Donc : \[ \boxed{P(X>k)=1-P(X\leq k)}. \]
Avec : \[ X\sim\mathcal B(18,0{,}25), \] la probabilité d'obtenir plus de \(6\) succès vaut : \[ P(X>6)=1-P(X\leq6). \] Ainsi : \[ \boxed{P(X>6)\approx0{,}139}. \]

5. Quand utiliser directement la formule ?

Calcul direct conseillé Pour : \[ P(X=k) \] ou \[ P(X\leq k), \] l'écriture directe est généralement naturelle.
Événement contraire conseillé Pour : \[ P(X\geq k), \qquad P(X>k), \] ou « au moins un succès », le complémentaire est souvent beaucoup plus efficace.

6. Exemple contextualisé

Une entreprise sait que \(8\,\%\) des produits qu'elle fabrique sont défectueux. On contrôle \(25\) produits de manière indépendante. On note \(X\) le nombre de produits défectueux. Alors : \[ X\sim\mathcal B(25,0{,}08). \] On cherche la probabilité que le lot contienne au moins un produit défectueux. L'événement contraire est : \[ X=0. \] Donc : \[ P(X\geq1)=1-P(X=0). \] Or : \[ P(X=0)=(0{,}92)^{25}. \] Ainsi : \[ P(X\geq1)=1-(0{,}92)^{25} \approx\boxed{0{,}876}. \] Il y a donc environ \(87{,}6\,\%\) de chances que le lot contienne au moins un produit défectueux.

7. Tableau des complémentaires à connaître

Événement recherché Événement contraire Calcul
\(X\geq1\) \(X=0\) \(1-P(X=0)\)
\(X\geq k\) \(X\leq k-1\) \(1-P(X\leq k-1)\)
\(X>k\) \(X\leq k\) \(1-P(X\leq k)\)
\(X\leq k\) \(X\geq k+1\) \(1-P(X\geq k+1)\)

8. Une bonne rédaction

Par exemple :

« On cherche la probabilité d'obtenir au moins \(5\) succès, soit \(P(X\geq5)\). L'événement contraire est \(\{X\leq4\}\). Ainsi : \[ P(X\geq5)=1-P(X\leq4). \] La calculatrice donne … »

9. Les pièges fréquents

  • Oublier le décalage d'une unité dans \(P(X\geq k)=1-P(X\leq k-1)\).
  • Confondre « au moins \(k\) » avec « plus de \(k\) ».
  • Utiliser le complémentaire alors que le calcul direct est déjà très simple.
  • Écrire seulement une valeur numérique sans préciser l'événement calculé.
  • Arrondir avant la fin du calcul.

10. Méthode express

À retenir absolument : \[ \boxed{P(X\geq1)=1-P(X=0)} \] \[ \boxed{P(X\geq k)=1-P(X\leq k-1)} \] \[ \boxed{P(X>k)=1-P(X\leq k)} \] Avant tout calcul, écrire l'événement contraire en toutes lettres si nécessaire.

Exercice d'entraînement

On considère : \[ X\sim\mathcal B(30,0{,}2). \] Calculer, en utilisant l'événement contraire lorsque cela est pertinent :

1. La probabilité d'obtenir au moins un succès.
2. La probabilité d'obtenir au moins \(8\) succès.
3. La probabilité d'obtenir plus de \(10\) succès.
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1. Au moins un succès

\[ P(X\geq1)=1-P(X=0). \] Comme : \[ P(X=0)=(0{,}8)^{30}, \] on obtient : \[ P(X\geq1)=1-(0{,}8)^{30} \approx\boxed{0{,}999}. \]

2. Au moins \(8\) succès

\[ P(X\geq8)=1-P(X\leq7). \] Donc : \[ \boxed{P(X\geq8)\approx0{,}239}. \]

3. Plus de \(10\) succès

\[ P(X>10)=1-P(X\leq10). \] Ainsi : \[ \boxed{P(X>10)\approx0{,}026}. \]