Loi de probabilité sur un ensemble fini

Définition, méthode pas à pas, exemple corrigé et exercice type contrôle de Seconde.

Maths Seconde Lecture : 5 min Programme officiel 2019

Une loi de probabilité sur un ensemble fini $\Omega = \{e_1, e_2, \dots, e_n\}$ (univers des possibles) associe à chaque issue $e_i$ un nombre $p_i$ appelé probabilité de l'issue. Ces probabilités doivent vérifier deux conditions :
1. Pour chaque issue $e_i$, $0 \leq p_i \leq 1$.
2. La somme des probabilités de toutes les issues est égale à $1$ : $p_1 + p_2 + \dots + p_n = 1$.
La probabilité d'un événement $A$ est la somme des probabilités des issues qui le composent.

Bon réflexe : Toujours vérifier que la somme des probabilités de toutes les issues de l'univers est égale à $1$.
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Définir l'univers

Identifier toutes les issues possibles de l'expérience aléatoire et les regrouper dans l'ensemble $\Omega = \{e_1, e_2, \dots, e_n\}$.

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Associer une probabilité à chaque issue

Déterminer la probabilité $p_i$ de chaque issue $e_i$. Si l'expérience est équiprobable (chaque issue a la même chance de se produire), alors $p_i = \frac{1}{n}$ pour chaque issue $e_i$, où $n$ est le nombre total d'issues.

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Vérifier les conditions

S'assurer que toutes les probabilités $p_i$ sont comprises entre $0$ et $1$, et que leur somme est égale à $1$. Si ce n'est pas le cas, la loi de probabilité est incorrecte.

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Calculer la probabilité d'un événement

Pour un événement $A$, identifier les issues qui le réalisent. La probabilité de $A$, notée $P(A)$, est la somme des probabilités de ces issues. Si l'expérience est équiprobable, $P(A) = \frac{\text{nombre d'issues favorables à } A}{\text{nombre total d'issues}} = \frac{\text{card}(A)}{\text{card}(\Omega)}$.

On lance un dé à six faces truqué. Les probabilités d'obtenir les faces $1, 2, 3, 4, 5$ sont respectivement $0{,}1$, $0{,}15$, $0{,}2$, $0{,}15$, $0{,}2$. Déterminer la probabilité d'obtenir la face $6$ et la probabilité de l'événement "obtenir un nombre pair".
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Définir l'univers des possibles
L'univers des possibles est $\Omega = \{1, 2, 3, 4, 5, 6\}$.
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Lister les probabilités connues
On a $P(1) = 0{,}1$, $P(2) = 0{,}15$, $P(3) = 0{,}2$, $P(4) = 0{,}15$, $P(5) = 0{,}2$.
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Calculer la probabilité de la face 6
La somme des probabilités doit être égale à $1$. Soit $P(6)$ la probabilité d'obtenir la face $6$.
$P(1) + P(2) + P(3) + P(4) + P(5) + P(6) = 1$
$0{,}1 + 0{,}15 + 0{,}2 + 0{,}15 + 0{,}2 + P(6) = 1$
$0{,}8 + P(6) = 1$
$P(6) = 1 - 0{,}8 = 0{,}2$.
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Calculer la probabilité de l'événement "obtenir un nombre pair"
L'événement "obtenir un nombre pair" est $A = \{2, 4, 6\}$.
$P(A) = P(2) + P(4) + P(6)$
$P(A) = 0{,}15 + 0{,}15 + 0{,}2$
$P(A) = 0{,}5$.
La probabilité d'obtenir la face $6$ est $0{,}2$. La probabilité d'obtenir un nombre pair est $0{,}5$.
  1. Ne pas vérifier que la somme des probabilités de toutes les issues est égale à $1$. C'est une condition fondamentale pour qu'une loi de probabilité soit valide.
  2. Confondre la probabilité d'une issue avec le nombre de fois qu'elle apparaît dans une série d'expériences (fréquence). La probabilité est une valeur théorique.
  3. Appliquer la formule d'équiprobabilité $P(A) = \frac{\text{card}(A)}{\text{card}(\Omega)}$ à une expérience qui n'est pas équiprobable (comme un dé truqué).
Une urne contient des boules rouges (R), vertes (V) et bleues (B). On tire une boule au hasard. La probabilité de tirer une boule rouge est $P(R) = 0{,}4$. La probabilité de tirer une boule verte est $P(V) = 0{,}3$.
  1. Quelle est la probabilité de tirer une boule bleue ?
  2. On considère l'événement $E$ : "ne pas tirer une boule rouge". Calculer $P(E)$.
  3. Est-ce une situation d'équiprobabilité ? Justifier la réponse.
  1. L'univers des possibles est $\Omega = \{R, V, B\}$. La somme des probabilités doit être égale à $1$.
    $P(R) + P(V) + P(B) = 1$
    $0{,}4 + 0{,}3 + P(B) = 1$
    $0{,}7 + P(B) = 1$
    $P(B) = 1 - 0{,}7 = 0{,}3$.
    La probabilité de tirer une boule bleue est $0{,}3$.
  2. L'événement $E$ : "ne pas tirer une boule rouge" est l'événement contraire de $R$. Il est composé des issues $V$ et $B$.
    $P(E) = P(V) + P(B) = 0{,}3 + 0{,}3 = 0{,}6$.
    On peut aussi utiliser la formule de l'événement contraire : $P(E) = 1 - P(R) = 1 - 0{,}4 = 0{,}6$.
    La probabilité de ne pas tirer une boule rouge est $0{,}6$.
  3. Non, ce n'est pas une situation d'équiprobabilité.
    En effet, les probabilités des issues ne sont pas égales : $P(R) = 0{,}4$, $P(V) = 0{,}3$ et $P(B) = 0{,}3$. Si c'était équiprobable, chaque probabilité serait $\frac{1}{3} \approx 0{,}333...$.

Questions fréquentes

Qu'est-ce qu'une expérience aléatoire ?
Une expérience aléatoire est une expérience dont le résultat ne peut pas être prédit avec certitude, mais dont on connaît tous les résultats possibles. Par exemple, lancer un dé ou tirer une carte d'un jeu.
Quelle est la différence entre une issue et un événement ?
Une issue est un résultat possible et élémentaire d'une expérience aléatoire (par exemple, obtenir 'face' en lançant une pièce). Un événement est un ensemble d'une ou plusieurs issues (par exemple, 'obtenir un nombre pair' en lançant un dé, qui regroupe les issues $2, 4, 6$). Une issue est un événement élémentaire.
Comment savoir si une expérience est équiprobable ?
Une expérience est dite équiprobable si toutes les issues ont la même probabilité de se réaliser. Par exemple, lancer un dé non truqué ou tirer une carte d'un jeu de 32 cartes bien mélangé sont des situations d'équiprobabilité.
Peut-on avoir une probabilité négative ou supérieure à 1 ?
Non, par définition, une probabilité est toujours un nombre compris entre $0$ et $1$. Une probabilité de $0$ signifie que l'événement est impossible, et une probabilité de $1$ signifie qu'il est certain.

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