Exercice 1 : Probabilités conditionnelles et suites : le plat végétarien, un programme Python et une récurrence
4 points Suites et récurrenceArbres pondérés et probabilités totalesPython et méthodes numériques
Un étudiant mange tous les jours au restaurant universitaire. Ce restaurant propose des plats végétariens et des plats non végétariens.
• Lorsqu'un jour donné l'étudiant a choisi un plat végétarien, la probabilité qu'il choisisse un plat végétarien le lendemain est .
• Lorsqu'un jour donné l'étudiant a choisi un plat non végétarien, la probabilité qu'il choisisse un plat végétarien le lendemain est .
Pour tout entier naturel , on note l'évènement « l'étudiant a choisi un plat végétarien le jour » et la probabilité de .
Le jour de la rentrée, l'étudiant a choisi le plat végétarien. On a donc .
- 1.a. Indiquer la valeur de .
- 1.b. Montrer que . On pourra s'aider d'un arbre pondéré.
- 1.c. Sachant que le jour l'étudiant a choisi un plat végétarien, quelle est la probabilité qu'il ait choisi un plat non végétarien le jour précédent ?
On arrondira le résultat à . - 2. Recopier et compléter l'arbre pondéré ci-dessous :
- 3. Justifier que, pour tout entier naturel , .
- 4. On souhaite disposer de la liste des premiers termes de la suite pour .
- Pour cela, on utilise une fonction appelée repas programmée en langage Python dont on propose trois versions, indiquées ci-dessous.
- 4.a. Lequel de ces programmes permet d'afficher les premiers termes de la suite ? Aucune justification n'est attendue.
- 4.b. Avec le programme choisi à la question a. donner le résultat affiché pour .
- 5. Démontrer par récurrence que, pour tout naturel , .
- 6. En déduire la limite de la suite .
Voir la correction
Réponses
- 1.a
- 1.b
- 1.c
- 2 Branches : et ; depuis : et ; depuis : et
- 3
- 4.a Le programme 1
- 4.b La liste , en valeurs approchées flottantes
- 5 Initialisation , hérédité par : la formule est vraie pour tout
- 6
1.a. Le premier jour, l'étudiant a choisi un plat végétarien (, l'évènement est certain). D'après la première donnée de l'énoncé, la probabilité qu'il choisisse un plat végétarien le lendemain est alors : .
Écrit avec la formule des probabilités totales, pour montrer que rien n'est oublié : .
1.b. Méthode : arbre pondéré entre le jour 2 et le jour 3, puis formule des probabilités totales, la partition étant .
On a et ; les probabilités conditionnelles se lisent dans l'énoncé : et .
Donc .
Erreur fréquente : multiplier les probabilités le long d'un seul chemin, , et oublier que l'étudiant peut aussi manger végétarien le troisième jour après un plat non végétarien le deuxième.
1.c. On cherche la probabilité de sachant : c'est une probabilité conditionnelle « inversée », l'information porte sur le jour 3 et la question sur le jour 2. Par définition, .
Le numérateur a été calculé en 1.b : . Donc , soit arrondi à .
Cohérence : moins de des jours végétariens du jour 3 suivent un jour non végétarien, ce qui est logique puisque le jour 2 lui-même n'est non végétarien qu'avec la probabilité . Piège : répondre , c'est-à-dire la probabilité conditionnelle dans le mauvais sens.
2. On complète l'arbre à l'aide des données et de la règle « la somme des probabilités issues d'un même nœud vaut ».
Premier niveau : (déjà écrit) et . Depuis : et . Depuis : et . L'arbre complété figure en fin de corrigé.
Piège : la branche vers ne porte pas un nombre mais l'expression , puisque dépend de .
3. Formule des probabilités totales avec la partition (valable pour tout ) : .
D'où .
Vérification sur les valeurs connues : et . Le correcteur attend que la formule des probabilités totales soit nommée et que la partition soit dite.
4.a. Le programme 1. La liste L contient au départ ; la boucle for k in range(1,n) fait tourner de à , soit tours, et chaque tour ajoute le terme suivant . La liste finale contient donc termes, à .
Le programme 2 fait un tour de trop, range(1,n+1) allant jusqu'à : il renvoie termes, de à . Le programme 3 calcule bien mais range p+1 dans la liste : les termes ajoutés sont , donc faux à partir du deuxième.
Remarque de lecture : dans le programme 1, la ligne 7 est décalée d'une espace de plus que dans les deux autres programmes ; on la lit, comme dans les programmes 2 et 3, au niveau du corps de la fonction, après la boucle.
4.b. On exécute le programme 1 pour : quatre tours de boucle. Départ : L = [1]. Tour : . Tour : . Tour : . Tour : .
Le résultat renvoyé est la liste , c'est-à-dire à . Python calcule en nombres flottants, qui ne représentent pas exactement ni : l'écran affiche en réalité [1, 0.8999999999999999, 0.8799999999999999, 0.8759999999999999, 0.8752]. Ces écarts, de l'ordre de , viennent de l'écriture binaire des décimaux et ne changent rien à la réponse attendue.
5. On démontre par récurrence, pour tout entier , la propriété : « ».
Initialisation : pour , , donc est vraie.
Hérédité : soit un entier tel que est vraie. D'après la question 3, . C'est exactement , puisque .
Conclusion : est vraie et la propriété est héréditaire ; par le principe de récurrence, pour tout entier .
Contrôle : donne , la valeur de 1.b. Le nombre n'est pas un hasard : c'est le point fixe de , solution de , soit . Erreurs fréquentes : initialiser à alors que la suite commence à , et écrire au lieu de .
6. Limite d'une suite géométrique : comme , . Par produit par la constante puis somme, .
Interprétation : à long terme, l'étudiant choisit un plat végétarien avec une probabilité proche de , environ sept jours sur huit, quel que soit son choix du jour de la rentrée. Les termes calculés en 4.b, puis , s'en approchent déjà par valeurs supérieures.
def repas(n):
p = 1
L = [p]
for k in range(1, n):
p = 0.2*p + 0.7
L.append(p)
return L
print(repas(5))
# affiche [1, 0.8999999999999999, 0.8799999999999999, 0.8759999999999999, 0.8752]Coche ici les exercices faits ou à revoir : un compte gratuit, sans mot de passe, retient tes coches et tes réponses justes d'une visite à l'autre, te dit quel chapitre attaquer ensuite et te permet de demander l'exercice qui te manque. Crée ton espace, un courriel suffit.