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Synthèse
P.424-425

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Synthèse - Objectif BAC





82
PYTHON
[Modéliser, Chercher.]
Un célèbre jeu télévisé propose aux candidats l’expérience suivante, où trois boîtes sont disposées devant le joueur. Deux boîtes sont vides et une contient de l’argent. Le candidat commence par en choisir une au hasard. Le présentateur, qui connaît la répartition des lots, retire alors une boîte vide parmi les deux restantes et demande ensuite au joueur s’il garde son premier choix, ou s’il souhaite changer de boîte.
Deux amis regardent ce jeu et discutent entre eux.
Anthony pense que, puisqu’il reste uniquement deux boîtes, chacune offre autant de chance de gagner.
Laura pense qu’il vaut mieux changer car l’élimination d’une boîte laisse 22 chances sur 33 de gagner si l’on change de boîte.

1. On suppose (pour simplifier) qu’on choisit la boîte numéro 11. Énoncer toutes les situations possibles et montrer alors que Laura a raison.


2. Malgré cette preuve, Anthony n’est toujours pas convaincu. Il propose alors la chose suivante : « J’ai vu dans mon cours que, si on répète l’expérience un grand nombre de fois, la fréquence obtenue tend vers la probabilité ».
Proposer un algorithme pour simuler cette expérience.


  

3. Simuler l’expérience un très grand nombre de fois et montrer que le résultat conforte l’idée de Laura.
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83
[Raisonner, Chercher.]
[DÉMO]

Une variante de la loi faible des grands nombres
On considère une suite de variables aléatoires indépendantes (Xn)(\text{X}_n), où nn est un entier naturel strictement positif. On suppose que chaque variable aléatoire Xn\mathrm{X}_{n} suit une loi de Bernoulli de paramètre pnp_n (les paramètres ne sont pas nécessairement égaux pour toutes les valeurs de nn).
On pose Sn=X1+X2++Xn\mathrm{S}_{n}=\mathrm{X}_{1}+\mathrm{X}_{2}+\ldots+\mathrm{X}_{n}.

1. On veut montrer que, pour tout ε>0\varepsilon\gt0 : limn+P(Snn1ni=1npiε)=0\lim\limits_{n \rightarrow+\infty} \mathrm{P}\left(\left|\dfrac{\mathrm{S}_{n}}{n}-\dfrac{1}{n} \sum\limits_{i=1}^{n} p_{i}\right| \geqslant \varepsilon\right)=0.

a. Pourquoi n’est-il pas possible d’appliquer la loi des grands nombres ici ?


b. Déterminer l’espérance et la variance de Sn\mathrm{S}_{n} puis montrer que, pour tout entier n>0n \gt 0, V(Sn)n\text{V}\left(\text{S}_{n}\right) \leqslant n.


c. En appliquant convenablement l’inégalité de Bienaymé-Tchebychev, montrer le résultat souhaité.


2. Dans ce cas bien précis d’une somme de variables aléatoires suivant une loi de Bernoulli, qu’apporte ce résultat en plus, par rapport à la loi des grands nombres étudiée dans le cours ?
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84
PYTHON
[Modéliser, Chercher.]
On cherche à modéliser une expérience aléatoire dont l’ensemble des issues serait infini.

1. Soit nn un entier naturel.
a. Montrer que, pour tout nNn \in \mathbb{N}, 01e×n!10 \leqslant \dfrac{1}{\mathrm{e} \times n !} \leqslant 1.


b. Ecrire un programme Python pour simuler la somme Sn=k=0n1e×k!\mathrm{S}_{n}=\sum\limits_{k=0}^{n} \dfrac{1}{\mathrm{e} \times k !}.


  
c. Tester le programme pour n=100n = 100 et n=1000n = 1\:000.

d. Que remarque-t-on ?


La loi de la variable aléatoire définie pour tout nNn \in \mathbb{N} par P(X=n)=1e×n!\mathrm{P}(\mathrm{X}=n)=\dfrac{1}{\mathrm{e} \times n !}, est appelée loi de Poisson de paramètre 1.

2. Faire le même travail avec la variable Y\text{Y} telle que P(Y=n)=(14)n×34\mathrm{P}(\mathrm{Y}=n)=\left(\dfrac{1}{4}\right)^{n} \times \dfrac{3}{4} (loi géométrique de paramètre 34\dfrac{3}{4}).
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85
APPROFONDISSEMENT

On souhaite réaliser un sondage sur le nombre d’hommes et de femmes dans la société française. Pour cela, un statisticien décide d’engager une étude autour des nouveau- nés. Il obtient le tableau suivant.

Sondage Insee - Statistiques d'état civil sur les naissances

On définit le sex ratio, noté SR\text{SR}, par la relation suivante : SR= Nombre d’hommes  Nombre de femmes \mathrm{SR}=\dfrac{\text { Nombre d'hommes }}{\text { Nombre de femmes }}.

1. Calculer le sex ratio pour les années 2008 à 2018. Ce nombre semble-t-il stable ?


2. On suppose dans cette question qu’on dispose seulement de la moyenne des SR\text{SR} des années 2009 à 2018.

a. En calculant cette valeur, expliquer comment en déduire la proportion moyenne d’hommes dans la population française et donner cette valeur.


b. En justifiant soigneusement, quel nombre peut-on considérer pour estimer la proportion d’hommes dans la population française ?


3. Dans cette question, on cherche à déterminer le nombre de personnes nn à étudier pour avoir une précision souhaitée. On considère la variable aléatoire Mn=i=1nXin\mathrm{M}_{n}=\sum\limits_{i=1}^{n} \dfrac{\mathrm{X}_{i}}{n}, où Xi=1\mathrm{X}_{i} = 1 si la personne interrogée est une femme et Xi=0\mathrm{X}_{i} = 0 si la personne interrogée est un homme. En reprenant l’estimation obtenue à la question précéde, déterminer n pour que P(MnE(Mn)0,1)<0,05\mathrm{P}\left(\left|\mathrm{M}_{n}-\mathrm{E}\left(\mathrm{M}_{n}\right)\right| \geqslant 0{,}1\right)\lt0{,}05.
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86
PYTHON
APPROFONDISSEMENT

Un professeur oublie fréquemment les clefs de sa salle de classe. S’il oublie ses clefs le jour nn, la probabilité qu’il les oublie le lendemain est de 0,10{,}1. S’il n’oublie pas ses clefs le jour nn, la probabilité qu’il les oublie le lendemain est de 0,40{,}4.
La probabilité qu’il les oublie le premier jour est de 0,20{,}2.
On considère, pour tout entier naturel nn non nul, l’événement En:\text{E}_n\:: « Le professeur oublie ses clefs le jour nn. » et on note p(En)=pnp\left(\mathrm{E}_{n}\right)=p_{n}.

Partie A :

1. Calculer p1p_1, p2p_2 et p3p_3.


2. Déterminer une relation de récurrence entre pn+1p_{n+1} et pnp_n pour tout entier n>0n \gt 0.


3. Pour tout entier n>0n \gt 0, on pose un=pn+αu_{n}=p_{n}+\alpha. Déterminer α\alpha pour que (Un)(\text{U}_n) soit géométrique.


4. Exprimer unu_n puis pnp_n en fonction de nn.


5. Déterminer la limite de la suite (pn)(p_n) et en donner l’interprétation.


Partie B :

On suppose qu’un élève arrive uniquement à répondre aux questions 1. et 2. de la partie A. Il décide donc d’entreprendre une démarche numérique pour répondre aux questions suivantes.

1. Écrire un algorithme qui permette de calculer les nn premiers termes de la suite (pn)(p_n).


  
2. Programmer et tester l’algorithme avec Python pour plusieurs (grandes) valeurs de nn.

3. Quelle semble être la limite de la suite (pn)(p_n) ? Ce résultat est-il cohérent avec le résultat de la partie A ?
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Exercice transversal en lien avec ce chapitre


Exercices transversaux maths spé
p. 432

Le Grand Oral

Justifier le lien entre votre sujet et votre projet d’orientation

Exemple de sujet : Les sondages d’opinion


Méthode

Le sujet que vous avez choisi de présenter doit être en lien avec votre projet d’études.

Le jury va s’intéresser à ce que le travail sur votre sujet vous a permis de découvrir et éventuellement de confirmer par rapport à votre projet d’orientation.

Pour anticiper cette dernière partie de l’épreuve, posez-vous les questions suivantes : Qu’est-ce que la préparation du Grand Oral et le travail sur mon sujet m’ont appris ? Quels aspects du métier ou du domaine dans lequel je souhaite me former ai-je pu approfondir ? Certains points m’ont-ils surpris, déçu, intrigué ?

Exemples de liens avec un projet d’orientation

N’hésitez pas à présenter les méthodes ainsi que les particularités des instituts de sondage que vous avez pu étudier.

Les sondages sont très utilisés dans le domaine politique mais c’est également un outil essentiel dans le marketing pour déterminer la satisfaction ou les attentes des clients par exemple.

Ce sujet peut également vous permettre d’aborder l’analyse de données (via des méthodes statistiques) où les applications sont nombreuses.

Méthodologie

Consulter les fiches méthode de ce manuel pour le Grand Oral p. 14
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