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Probabilités

Données et probabilités Cours de mathématiques de 3e (troisième) · chapitre 10 · Le langage des probabilités · Calculer des probabilités · Des fréquences aux probabilités

Version interactive : dans l'application, les points des figures se déplacent, les figures se construisent pas à pas à la règle et au compas et un quiz s'invente à chaque essai.

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menu_book Le cours

1

Le langage des probabilités

A

Expérience aléatoire

Définitions
  • Une expérience aléatoire est une expérience qui dépend du hasard, dont on peut décrire tous les résultats possibles, mais sans savoir lequel va se produire.
  • Chaque résultat possible est une issue.
12345678

Exemple : on fait tourner une roue de loterie partagée en 8 secteurs identiques, numérotés de 1 à 8, et on lit le numéro indiqué par la flèche.

  • C'est une expérience aléatoire qui a huit issues : {1 ; 2 ; 3 ; 4 ; 5 ; 6 ; 7 ; 8}.
B

Les évènements

Définitions
  • Un évènement est un ensemble d'une ou plusieurs issues.
  • Un évènement constitué d'une seule issue est un évènement élémentaire.
  • Un évènement toujours réalisé est un évènement certain ; un évènement jamais réalisé est un évènement impossible.
  • L'évènement contraire d'un évènement A, noté A‾, est l'ensemble des issues qui n'appartiennent pas à A.

Exemple : on reprend la roue.

2

Calculer des probabilités

A

La probabilité d'un évènement

Définition
La probabilité d'un évènement A est un nombre compris entre 0 et 1, noté P(A), qui exprime ses « chances » de se réaliser.
Propriétés
  • La probabilité d'un évènement impossible est 0 ; celle d'un évènement certain est 1.
  • La somme des probabilités de toutes les issues d'une expérience aléatoire est égale à 1.

Exemples, avec la roue : P(C) = 1 et P(D) = 0 ; P(« 1 ») + P(« 2 ») + … + P(« 8 ») = 1.

B

Quand toutes les issues ont les mêmes chances : l'équiprobabilité

Définition
Lorsque les issues d'une expérience aléatoire ont toutes autant de chances de se réaliser, c'est-à-dire que leurs probabilités sont égales, on dit qu'elles sont équiprobables.
Propriété
En cas d'équiprobabilité, la probabilité d'un évènement E s'obtient en divisant le nombre d'issues favorables à E par le nombre total d'issues :
P(E)=nombre d’issues favorables aˋ Enombre total d’issues

Exemples, avec la roue (secteurs identiques : les 8 issues sont équiprobables) :

Remarque : une probabilité s'écrit souvent sous la forme d'une fraction (irréductible si possible), mais aussi d'un nombre décimal ou d'un pourcentage : 14=0,25=25 %.
C

La probabilité d'un évènement contraire

Propriété
La somme des probabilités d'un évènement A et de son contraire A‾ est égale à 1 :
P(A)+P(A‾)=1    et    P(A‾)=1−P(A)

Exemple : E : « Obtenir un multiple de 3 », avec P(E)=14.

3

Des fréquences aux probabilités

Propriété
Lorsqu'on répète un très grand nombre de fois une expérience aléatoire, la fréquence de réalisation d'un évènement E finit par se stabiliser autour de sa probabilité P(E).

Exemple : on a fait tourner la roue un grand nombre de fois et relevé la fréquence de l'évènement B : « Obtenir 5 ».

Nombre de tours de roue10502001 00010 000
Fréquence de B0,20,080,1350,1190,1256
Remarque : un tableur ou un programme (Scratch, Python…) permet de simuler des milliers d'expériences en quelques secondes (onglet Méthode).

draw Méthode

Dans l'application, cette méthode est animée étape par étape (règle, équerre, compas, rapporteur).

M

Méthode 1 : un sac de billes à composer

532
P(« rouge ») = 510=12    P(« bleue ») = 310    P(« verte ») = 210=15
P(« pas rouge ») = 1−12=12
M

Méthode 2 : lancer deux dés (tableau à double entrée et simulation)

+123456
1234567
2345678
3456789
45678910
567891011
6789101112

La somme 7 apparaît dans 6 cases sur 36 : P(« somme 7 ») = 6/36 = 1/6. La somme 2 dans une seule : 1/36.

00,050,10,150,223456789101112
0 lancers. Barres bleues : fréquences observées ; traits orange : probabilités (sur 36).
M

Méthode 3 : une expérience à deux épreuves, avec un arbre

1er lancer1/2P1/2F
Premier lancer : deux issues équiprobables, P ou F.
M

Méthode 4 : ce jeu est-il équitable ?

Il y a 6 × 6 = 36 issues équiprobables.
Chaque case du tableau à double entrée (Méthode 2) est une issue.

edit Exercices et rédaction

Rédaction type : « Calculer une probabilité en situation d'équiprobabilité »

Les 10 billes sont indiscernables : les 10 issues sont équiprobables.1. On justifie l'équiprobabilité.
Il y a 3 billes bleues : 3 issues favorables sur 10.2. On compte les issues favorables et le total.
P(« bleue »)=310=0,33. On écrit la probabilité.
P(« pas bleue »)=1−0,3=0,74. Pour le contraire : 1 − P.

Exercices

Exercice 1
Un sac contient 5 billes rouges, 3 bleues et 2 vertes, indiscernables au toucher. On tire une bille au hasard. Calcule la probabilité de tirer : a) une bille rouge ; b) une bille bleue ; c) une bille qui n'est pas verte.
Exercice 2
On tire une carte au hasard dans un jeu de 32 cartes (4 couleurs : cœur, carreau, trèfle, pique ; 8 cartes par couleur, dont un roi). Calcule la probabilité de tirer : a) un roi ; b) un cœur ; c) le roi de cœur ; d) une carte qui n'est pas un cœur.
Exercice 3
On lance un dé équilibré à 12 faces numérotées de 1 à 12. Donne un exemple d'évènement certain, d'évènement impossible et d'évènement élémentaire. Calcule la probabilité de l'évènement « obtenir un nombre premier ».
Exercice 4
La météo annonce une probabilité de pluie de 35 % pour demain. Quelle est la probabilité qu'il ne pleuve pas ?
Exercice 5
Une roue est partagée en trois secteurs : un rouge de 180°, un bleu de 120° et un vert de 60°. Les issues « rouge », « bleu », « vert » sont-elles équiprobables ? Calcule leurs probabilités.
Exercice 6
Lina lance une pièce 20 fois et obtient 13 fois pile. Elle affirme : « la pièce est truquée, car la fréquence de pile est 0,65 et non 0,5 ». A-t-elle raison ?
Exercice 7
On lance deux dés équilibrés et on calcule la somme des deux faces. En t'aidant du tableau à double entrée (Méthode 2), calcule la probabilité d'obtenir : a) une somme égale à 7 ; b) une somme égale à 12 ; c) une somme supérieure ou égale à 10.
Exercice 8
On lance deux fois de suite une pièce équilibrée. Construis un arbre et calcule la probabilité d'obtenir : a) deux fois pile ; b) au moins une fois face ; c) deux résultats différents.
Exercice 9
Léo et Sam lancent deux dés. Léo gagne si la somme est paire, Sam si elle est impaire. Le jeu est-il équitable ?

history_edu Un peu d'histoire

history_edu Un peu d'histoire
En 1654, le chevalier de Méré, grand amateur de jeux de dés, pose une question à son ami Blaise Pascal : en lançant deux dés 24 fois de suite, a-t-on plus d'une chance sur deux d'obtenir au moins un « double six » ? Il avait perdu de l'argent en pariant que oui ! Pascal en discute par lettres avec Pierre de Fermat, et les deux mathématiciens mettent au point, au fil de leur correspondance, les premières méthodes de calcul des probabilités, en comptant soigneusement toutes les issues possibles. (La réponse est non : la probabilité est d'environ 0,49.) Quelques années plus tard, le Néerlandais Christiaan Huygens publie le premier livre consacré au calcul des chances dans les jeux de hasard (1657).

Pour s'entraîner : quiz générés à chaque essai, figures manipulables et constructions animées.

Faire le quiz