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Exercices corrigés : les procédures de vote (math CST, secondaire 5)

Voici une série d'exercices corrigés de mathématique CST de cinquième secondaire sur les procédures de vote, calibrés sur le niveau réel des évaluations. Le chapitre n'a presque aucune technique de calcul, et c'est ce qui le rend piégeux : tout se joue sur la lecture d'un tableau de préférences et sur la définition exacte de chaque procédure.

Un seul scrutin de 100100 bulletins traverse les sept premiers exercices. Les bulletins ne changent jamais, et pourtant trois candidatures différentes se retrouvent élues. Ce n'est pas une erreur de calcul, c'est le cœur du chapitre : la procédure fabrique le gagnant autant que les électeurs.

Faites chaque exercice au complet avant d'ouvrir la correction : c'est en cherchant qu'on apprend, pas en lisant la solution.

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Ce chapitre fait partie de Mathématique CST, secondaire 5
Avant de commencer Fiche de révision : les pièges et la méthode de ce chapitre

Rappel de cours

  • Un TABLEAU DE PRÉFÉRENCES se lit en colonnes : une colonne est un ordre de classement, et son effectif dit combien d'électeurs ont déposé ce bulletin. Le nombre d'électeurs est la somme des effectifs, jamais le nombre de colonnes.
  • MAJORITÉ ABSOLUE : plus de la moitié des voix, donc au moins 5151 sur 100100. PLURALITÉ, ou majorité relative : le plus de premiers choix, sans seuil. Les deux ne coïncident que s'il y a deux candidatures.
  • VOTE PAR ÉLIMINATION : on écarte la candidature ayant le moins de premiers choix, et chaque bulletin qui la portait en tête est reporté en entier sur le nom suivant encore en lice. Après chaque tour, la somme des voix doit toujours redonner le nombre d'électeurs.
  • BORDA : avec nn candidatures, le rang kk rapporte nk+1n-k+1 points. Chaque bulletin distribue 1+2++n1+2+\cdots+n points, donc le total général vaut le nombre d'électeurs multiplié par cette somme. C'est la vérification à faire systématiquement.
  • CONDORCET : on affronte les candidatures deux à deux, soit n(n1)2\dfrac{n(n-1)}{2} duels. Celle qui gagne tous ses duels est la gagnante de Condorcet ; elle n'existe pas toujours, car les duels peuvent former un cycle.
  • ASSENTIMENT : chaque électeur approuve autant de candidatures qu'il le veut. Le total des appuis vaut le nombre de coches et peut donc dépasser le nombre d'électeurs, ce qui n'est pas une erreur.
  • Trois CRITÈRES D'ÉQUITÉ reviennent en évaluation : une candidature majoritaire au premier choix doit être élue, une gagnante de Condorcet doit être élue, un perdant de Condorcet ne doit jamais l'être. Aucune procédure ne respecte tous les critères à la fois.

Partie A : les bases (/50)

Exercice 1 : Lire un tableau de préférences

Le conseil des élèves d'une école élit sa présidence. Quatre personnes se présentent : Amélie (A), Bilal (B), Chloé (C) et Dimitri (D). Chacun des 100100 électeurs classe les quatre candidatures de la première à la quatrième place, sans ex aequo.

Les bulletins identiques sont regroupés. Le tableau ci-dessous se lit en COLONNES : la première colonne dit que 3636 électeurs ont classé A en tête, puis C, puis B, puis D.

Ce scrutin sert de fil à toute la série. On y reviendra six fois, avec une procédure différente à chaque fois, et les bulletins ne changeront jamais.

Rang36 électeurs25 électeurs21 électeurs10 électeurs8 électeurs
1er choixABCDB
2e choixCCBCD
3e choixBDDBC
4e choixDAAAA
A36B33C21D100102030Premiers choix, en voix
  • a) Combien y a-t-il d'électeurs ? Combien de bulletins DIFFÉRENTS ont été déposés ? Expliquez pourquoi ces deux nombres ne sont pas égaux.
  • b) Donnez le nombre de premiers choix de chaque candidature et vérifiez votre total.
  • c) Combien d'électeurs ont classé C devant A ? Combien ont classé A en dernier ?
  • d) Combien de voix faut-il pour obtenir la majorité absolue ? Une candidature l'atteint-elle au premier choix ?

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Réponses

  • a) 100100 électeurs, 55 bulletins différents : le tableau regroupe les bulletins identiques
  • b) A 3636, B 3333, C 2121, D 1010, de total 100100
  • c) 6464 électeurs classent C devant A, et les mêmes 6464 placent A en dernier
  • d) Il faut 5151 voix ; le meilleur score est 3636, donc personne ne l'atteint

a) Le nombre d'électeurs est la SOMME des effectifs de colonnes : 36+25+21+10+8=10036+25+21+10+8=100. Le nombre de bulletins différents est le nombre de COLONNES, soit 55. Les deux nombres n'ont aucune raison d'être égaux : le tableau regroupe les bulletins identiques, exactement comme un tableau de fréquences regroupe les valeurs répétées d'une série statistique. Un tableau de préférences n'est rien d'autre qu'un tableau de fréquences dont les valeurs sont des ORDRES et non des nombres. Avec quatre candidatures il existe 4×3×2×1=244\times 3\times 2\times 1=24 ordres possibles ; ici seulement 55 ont été utilisés, ce qui est normal, un électorat réel se répartit sur une poignée d'ordres et non sur les vingt-quatre.

b) On ne lit que la PREMIÈRE ligne du tableau, et on additionne les effectifs des colonnes qui portent la même lettre. A est en tête dans la colonne de 3636, donc 3636 voix. B est en tête dans deux colonnes, celle de 2525 et celle de 88 : 25+8=3325+8=33 voix. C est en tête dans la colonne de 2121 : 2121 voix. D est en tête dans la colonne de 1010 : 1010 voix. Vérification indispensable : 36+33+21+10=10036+33+21+10=100, on retrouve le nombre d'électeurs, puisque chaque bulletin donne exactement un premier choix. Si ce total ne tombe pas sur 100100, c'est qu'une colonne a été oubliée ou comptée deux fois, et toute la suite de l'exercice sera fausse.

c) C est devant A dans une colonne dès que la lettre C apparaît AVANT la lettre A en descendant la colonne. Colonne de 3636 : l'ordre est A, C, B, D, donc A est devant, ces 3636 électeurs ne comptent pas. Colonne de 2525 : B, C, D, A, C arrive au deuxième rang et A au quatrième, donc C est devant. Colonnes de 2121, de 1010 et de 88 : A est chaque fois au quatrième rang, donc C est devant. Total 25+21+10+8=6425+21+10+8=64 électeurs classent C devant A. Pour la seconde question, A occupe le quatrième rang dans ces mêmes quatre colonnes : 6464 électeurs placent A en DERNIER. Retenez ce chiffre, il explique à lui seul tout le reste de la série.

d) La majorité absolue est plus de la moitié des voix exprimées. La moitié de 100100 vaut 5050, et « plus de 5050 » signifie ici au moins 5151 voix, car on ne coupe pas un électeur en deux. Le meilleur score au premier choix est celui de A avec 3636 voix, et 36<5136<51 : PERSONNE n'a la majorité absolue. C'est le point de départ du chapitre. Tant qu'une candidature dépasse 50%50\,\% des premiers choix, toutes les procédures raisonnables la désignent et il n'y a rien à discuter. C'est justement parce que le seuil n'est pas atteint que les procédures vont se mettre à diverger, et que le choix de la procédure devient un choix politique.

Exercice 2 : Majorité absolue, pluralité et scrutin à deux tours

On reprend le scrutin de l'exercice 1 : 100100 électeurs, premiers choix A 3636, B 3333, C 2121, D 1010.

Trois procédures se contentent de la première ligne du tableau. La MAJORITÉ ABSOLUE exige plus de la moitié des voix. La PLURALITÉ, aussi appelée majorité relative, élit simplement celle qui a le plus de premiers choix. Le SCRUTIN À DEUX TOURS garde les deux premières et fait revoter.

A36B33C21D1001020304050Premiers choix en voix, et seuil de majorité50 % des 100 voix
  • a) Reprenez le critère de la majorité absolue et concluez.
  • b) Qui la pluralité élit-elle ? Quel pourcentage des voix cette personne représente-t-elle ?
  • c) Au second tour, A affronte B. Les électeurs votent selon leur bulletin, donc pour celle des deux qu'ils avaient classée le plus haut. Donnez le résultat du second tour.
  • d) Deux procédures, deux gagnants. Dites laquelle des deux vous paraît la plus défendable et pourquoi.

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Réponses

  • a) Personne : 36<5136 < 51
  • b) A, avec 3636 voix, soit 36%36\,\%
  • c) A 3636, B 6464 : B est élue avec 64%64\,\%
  • d) Le scrutin à deux tours : il utilise les choix suivants des 3131 électeurs de C et D

a) Le seuil est de 5151 voix et le meilleur score vaut 3636. Aucune candidature n'est élue à la majorité absolue. On note au passage que ce n'est pas un accident de ce scrutin : dès qu'il y a quatre candidatures sérieuses, la majorité absolue au premier tour devient l'exception, parce que 100100 voix réparties sur quatre noms donnent une moyenne de 2525 voix chacun.

b) La pluralité élit A, avec 3636 voix, soit 36100=36%\dfrac{36}{100}=36\,\% des voix. C'est la procédure la plus simple et la plus rapide, celle des élections législatives britanniques et canadiennes, et c'est aussi celle qui pose le plus de problèmes : A est élue alors que 6464 électeurs sur 100100, soit près des deux tiers, la classent DERNIÈRE. La pluralité ne regarde que la première ligne du tableau et jette les trois autres, donc elle ne peut pas voir ce rejet massif.

c) Les deux premières sont A avec 3636 et B avec 3333. On reprend chaque colonne et on regarde laquelle des deux lettres A et B arrive en premier. Colonne de 3636, ordre A C B D : A est devant B, donc 3636 voix pour A. Colonne de 2525, ordre B C D A : B est devant, 2525 voix pour B. Colonne de 2121, ordre C B D A : C est éliminée, on continue, B arrive avant A, 2121 voix pour B. Colonne de 1010, ordre D C B A : mêmes raisons, B arrive avant A, 1010 voix pour B. Colonne de 88, ordre B D C A : 88 voix pour B. Résultat : A obtient 3636 voix, B en obtient 25+21+10+8=6425+21+10+8=64. Vérification, 36+64=10036+64=100. B est élue au second tour avec 64%64\,\% des voix, un score écrasant, alors qu'elle était deuxième au premier tour.

d) Les deux gagnants sont différents avec des bulletins identiques : A par pluralité, B au scrutin à deux tours. Le scrutin à deux tours est ici nettement plus défendable, et l'argument est chiffré : il utilise le deuxième et le troisième choix des électeurs de C et de D, alors que la pluralité les ignore. Or ces 3131 électeurs ne sont pas indifférents, ils préfèrent tous B à A. Une procédure qui élit A décide donc à partir de 3636 bulletins et fait comme si les 6464 autres n'avaient pas d'opinion sur A. Le mot à retenir est DIVISION DU VOTE : B et C se ressemblent et se partagent l'électorat qui rejette A, ce qui laisse A gagner avec un tiers des voix.

Exercice 3 : Le vote par élimination

Toujours le même scrutin. Le VOTE PAR ÉLIMINATION, ou vote préférentiel, procède par tours : à chaque tour on écarte la candidature qui a le MOINS de premiers choix, et les bulletins qui la portaient en tête sont reportés sur le nom suivant encore en lice. On s'arrête dès qu'une candidature dépasse 50%50\,\%.

Rang36 électeurs25 électeurs21 électeurs10 électeurs8 électeurs
1er choixABCDB
2e choixCCBCD
3e choixBDDBC
4e choixDAAAA
Tour 1A : 36B : 33C : 21D : 10Tour 2A : 36B : 33C : 31Tour 3A : 36B : 64éliminééliminéélu+10+31
  • a) Effectuez le premier tour : qui est éliminée, et où vont ses voix ?
  • b) Effectuez le deuxième tour de la même manière.
  • c) Donnez le résultat final et le pourcentage obtenu.
  • d) Un électeur du groupe de 3636 affirme : « ma candidate A a mené du début à la fin, elle aurait dû gagner ». Répondez-lui.

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Réponses

  • a) D éliminée ; ses 1010 voix vont à C, qui passe à 3131
  • b) C éliminée ; ses 3131 voix vont à B, qui passe à 6464
  • c) B élue avec 6464 voix, soit 64%64\,\%
  • d) A stagne à 3636 parce qu'elle n'est le deuxième choix de personne et dernière chez 6464 électeurs

a) Les premiers choix sont A 3636, B 3333, C 2121, D 1010. Le plus faible score est celui de D, avec 1010 voix : D est éliminée. Ses 1010 bulletins portent l'ordre D, C, B, A ; on raye D et le nouveau premier choix de ces bulletins devient C. Attention, on ne redistribue QUE les bulletins dont D était la tête, et on les envoie tous sur le nom suivant du même bulletin, jamais sur un choix moyen ou proportionnel. Après report : A 3636, B 3333, C 21+10=3121+10=31. Vérification, 36+33+31=10036+33+31=100, aucun bulletin ne s'est perdu en route.

b) Le plus faible est maintenant C avec 3131 voix. C est éliminée et ses bulletins se répartissent selon leur contenu. Deux paquets différents portent C en tête à ce stade. Les 2121 bulletins d'origine C, B, D, A donnent B après avoir rayé C. Les 1010 bulletins d'origine D, C, B, A ont déjà perdu D, ils perdent maintenant C, et leur premier nom encore en lice est B. Les 3131 voix vont donc entièrement à B. Après report : A 3636, B 33+21+10=6433+21+10=64. Vérification, 36+64=10036+64=100.

c) B franchit le seuil de 5151 voix et est élue avec 6464 voix, soit 64%64\,\%. C'est le même résultat qu'au scrutin à deux tours de l'exercice 2, ce qui n'a rien d'étonnant : avec quatre candidatures, l'élimination successive revient ici à un second tour entre les deux mêmes finalistes. Les deux procédures ne coïncident pas toujours, mais elles partagent le même principe, celui d'aller chercher les choix de rang inférieur des électeurs dont le favori est écarté.

d) A a effectivement mené à chaque tour, et pourtant elle perd. La réponse tient en une phrase : mener au premier choix ne dit rien du rejet. A stagne à 3636 voix d'un tour à l'autre parce qu'elle n'est le deuxième choix de PERSONNE ; on le lit dans le tableau, la lettre A n'apparaît qu'au premier rang de sa propre colonne et au quatrième rang partout ailleurs. B, à l'inverse, est au premier ou au deuxième rang dans quatre colonnes sur cinq, donc elle récupère chaque report. Un score de premier choix élevé est un socle, pas une avance : il ne grandit que si la candidature est aussi acceptable pour les autres. C'est précisément ce que la pluralité ne mesure pas, et ce que l'élimination mesure.

Exercice 4 : Le vote par Borda

Le VOTE PAR BORDA, ou vote par pondération, donne des points selon le rang. Avec quatre candidatures, un premier choix vaut 44 points, un deuxième 33, un troisième 22 et un quatrième 11. On additionne, et le plus grand total l'emporte.

Contrairement aux procédures précédentes, Borda lit le tableau EN ENTIER : les quatre lignes comptent.

Rang36 électeurs25 électeurs21 électeurs10 électeurs8 électeurs
1er choixABCDB
2e choixCCBCD
3e choixBDDBC
4e choixDAAAA
A208B287C313D1920100200300Scores de Borda, en points
  • a) Combien de points chaque bulletin distribue-t-il en tout ? Déduisez-en le total des quatre scores, avant tout calcul.
  • b) Calculez le score de Borda de A, puis celui de D.
  • c) Calculez ceux de B et de C, et vérifiez avec la question a).
  • d) Qui est élue ? Comparez avec les gagnants des exercices 2 et 3.

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Réponses

  • a) 4+3+2+1=104+3+2+1=10 points par bulletin, donc 10001000 points en tout
  • b) A 208208 points, D 192192 points
  • c) B 287287, C 313313 ; total 208+287+313+192=1000208+287+313+192=1000
  • d) C est élue avec 313313 points : troisième gagnante pour les mêmes bulletins

a) Chaque bulletin classe les quatre candidatures une fois chacune, donc il distribue 4+3+2+1=104+3+2+1=10 points, quel que soit l'ordre choisi. Avec 100100 bulletins, le total des quatre scores vaut 100×10=1000100\times 10=1000 points. Cette somme se calcule AVANT les scores individuels et sert de vérification finale : si les quatre totaux ne font pas 10001000, il y a une erreur de comptage. C'est la vérification la moins chère du chapitre et celle qu'on oublie le plus souvent.

b) Pour A, on descend chaque colonne et on relève le rang de la lettre A. Colonne de 3636 : rang 11, donc 44 points par bulletin. Colonnes de 2525, 2121, 1010 et 88 : rang 44, donc 11 point par bulletin. Score de A : 36×4+25×1+21×1+10×1+8×1=144+25+21+10+8=20836\times 4+25\times 1+21\times 1+10\times 1+8\times 1=144+25+21+10+8=208 points. Pour D : colonne de 3636, rang 44, 11 point ; colonne de 2525, rang 33, 22 points ; colonne de 2121, rang 33, 22 points ; colonne de 1010, rang 11, 44 points ; colonne de 88, rang 22, 33 points. Score de D : 36×1+25×2+21×2+10×4+8×3=36+50+42+40+24=19236\times 1+25\times 2+21\times 2+10\times 4+8\times 3=36+50+42+40+24=192 points.

c) Pour B : rang 33 dans la colonne de 3636 (22 points), rang 11 dans celle de 2525 (44 points), rang 22 dans celle de 2121 (33 points), rang 33 dans celle de 1010 (22 points), rang 11 dans celle de 88 (44 points). Score : 72+100+63+20+32=28772+100+63+20+32=287 points. Pour C : rang 22 dans la colonne de 3636 (33 points), rang 22 dans celle de 2525 (33 points), rang 11 dans celle de 2121 (44 points), rang 22 dans celle de 1010 (33 points), rang 33 dans celle de 88 (22 points). Score : 108+75+84+30+16=313108+75+84+30+16=313 points. Vérification : 208+287+313+192=1000208+287+313+192=1000, exactement le total annoncé.

d) C est élue avec 313313 points. Voilà un TROISIÈME gagnant pour les mêmes bulletins : A par pluralité, B par élimination et par le scrutin à deux tours, C par Borda. C n'avait pourtant que 2121 premiers choix, le troisième score sur quatre. Sa force est ailleurs : elle est classée première ou deuxième dans QUATRE colonnes sur cinq, soit par 9292 électeurs sur 100100, et jamais dernière. Borda est la seule des procédures vues jusqu'ici qui récompense cela, parce qu'elle est la seule à lire les rangs intermédiaires. On dit qu'elle élit la candidature de CONSENSUS plutôt que celle du plus gros bloc.

Exercice 5 : Le vote par Condorcet

Le VOTE PAR CONDORCET fait s'affronter les candidatures DEUX À DEUX. Pour chaque duel, on compte combien d'électeurs classent l'une devant l'autre ; celle qui gagne tous ses duels est élue.

Avec quatre candidatures, il y a 4×32=6\dfrac{4\times 3}{2}=6 duels à examiner. Le tableau des résultats est donné, à vous de le justifier.

DuelRésultat
A contre B3636 contre 6464
A contre C3636 contre 6464
A contre D3636 contre 6464
B contre C3333 contre 6767
B contre D9090 contre 1010
C contre D8282 contre 1818
ABCDla flèche va du gagnant vers le perdant
  • a) Justifiez par le calcul le duel B contre C.
  • b) Justifiez le duel B contre D, puis le duel C contre D.
  • c) Qui est la gagnante de Condorcet ? Qui est le perdant de Condorcet ?
  • d) Comparez avec le résultat de la pluralité et commentez.

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Réponses

  • a) C bat B par 6767 contre 3333
  • b) B bat D par 9090 contre 1010 ; C bat D par 8282 contre 1818
  • c) C gagne ses trois duels, elle est gagnante de Condorcet ; A les perd tous, il est perdant de Condorcet
  • d) La pluralité élit A, que les trois autres battent chaque fois par 6464 contre 3636

a) On reprend chaque colonne du tableau de préférences et on regarde laquelle des deux lettres B et C arrive en premier ; les autres lettres ne comptent pas. Colonne de 3636, ordre A C B D : C est devant B, donc 3636 voix pour C. Colonne de 2525, ordre B C D A : B devant, 2525 voix pour B. Colonne de 2121, ordre C B D A : C devant, 2121 voix pour C. Colonne de 1010, ordre D C B A : C devant, 1010 voix pour C. Colonne de 88, ordre B D C A : B devant, 88 voix pour B. Total : C obtient 36+21+10=6736+21+10=67 voix, B en obtient 25+8=3325+8=33. Vérification, 67+33=10067+33=100 : dans un duel, la somme vaut toujours le nombre d'électeurs, puisque chaque bulletin tranche. C bat B par 6767 contre 3333.

b) B contre D. Colonne de 3636, A C B D : B est devant D, 3636 voix. Colonne de 2525, B C D A : B devant, 2525 voix. Colonne de 2121, C B D A : B devant, 2121 voix. Colonne de 1010, D C B A : D devant, 1010 voix pour D. Colonne de 88, B D C A : B devant, 88 voix. Bilan : B 36+25+21+8=9036+25+21+8=90, D 1010, et 90+10=10090+10=100. B écrase D. C contre D. Colonne de 3636 : C devant, 3636. Colonne de 2525, B C D A : C devant, 2525. Colonne de 2121 : C devant, 2121. Colonne de 1010, D C B A : D devant, 1010. Colonne de 88, B D C A : D devant, 88. Bilan : C 8282, D 1818, somme 100100. C bat D.

c) On lit le tableau ligne par ligne. C gagne ses trois duels : contre A (6464 contre 3636), contre B (6767 contre 3333) et contre D (8282 contre 1818). C est donc la GAGNANTE DE CONDORCET. À l'inverse, A perd ses trois duels, chaque fois par 3636 contre 6464 : A est le PERDANT DE CONDORCET. Sur le schéma, cela se voit d'un coup d'œil : aucune flèche n'arrive sur C, et toutes les flèches du bas convergent vers A.

d) La pluralité élit A, et A est précisément la candidature que chacune des trois autres bat en tête-à-tête, toujours par le même écart de 6464 contre 3636. C'est le PARADOXE le plus important du chapitre : une procédure officielle peut élire quelqu'un qu'une majorité stable de 64%64\,\% préfère remplacer par n'importe qui d'autre. La cause est toujours la même, la division du vote entre B, C et D, qui se ressemblent et se prennent des voix. Retenez la règle d'usage : quand une gagnante de Condorcet existe, elle est le choix le plus difficile à contester, parce que toute contestation revient à opposer une candidature qu'elle bat déjà en face à face.

Partie B : problèmes et raisonnement (/50)

Exercice 6 : Un seul scrutin, cinq procédures

On rassemble les cinq exercices précédents. Les 100100 bulletins n'ont pas bougé d'une ligne, et pourtant chaque procédure a désigné quelqu'un.

Un CRITÈRE D'ÉQUITÉ est une exigence qu'on peut vouloir imposer à une procédure. Trois d'entre eux servent ici. Le critère de la MAJORITÉ : une candidature qui a plus de la moitié des premiers choix doit être élue. Le critère de CONDORCET : si une candidature gagne tous ses duels, elle doit être élue. Le critère du PERDANT DE CONDORCET : une candidature qui perd tous ses duels ne doit jamais être élue.

Les mêmes100 bulletinsMajorité absolue : personnePluralité : AÉlimination : BBorda : CCondorcet : C
  • a) Dressez le bilan des cinq procédures et comptez les gagnants distincts.
  • b) Le critère de la majorité est-il respecté par les cinq procédures dans ce scrutin ? Justifiez en une phrase.
  • c) Quelles procédures violent ici le critère de Condorcet ? Laquelle viole le critère du perdant de Condorcet ?
  • d) Le conseil doit choisir sa procédure AVANT de dépouiller. Rédigez en quelques lignes l'argument que vous défendriez.

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Réponses

  • a) Personne, A, B, B, C, C : trois gagnants distincts ; seule D n'est jamais élue
  • b) Oui, mais de façon creuse : aucune candidature n'atteint 50%50\,\% des premiers choix
  • c) Pluralité, deux tours et élimination violent Condorcet ; la pluralité viole le perdant de Condorcet
  • d) Écarter la pluralité, retenir Condorcet complété par Borda, et fixer la règle avant le dépouillement

a) Majorité absolue : personne, aucune candidature n'atteint 5151 voix. Pluralité : A, avec 3636 voix. Scrutin à deux tours : B, avec 6464 voix. Vote par élimination : B, avec 6464 voix. Borda : C, avec 313313 points. Condorcet : C, qui gagne ses trois duels. Cela fait TROIS gagnants distincts, A, B et C, pour un seul et même paquet de bulletins. Seule D n'est élue par aucune procédure, et c'est cohérent, elle a le plus faible score de premiers choix et le plus faible score de Borda.

b) Oui, mais de façon creuse : aucune candidature n'ayant plus de la moitié des premiers choix, le critère de la majorité n'impose rien du tout dans ce scrutin. Il ne devient contraignant que lorsqu'une candidature dépasse 50%50\,\%, ce qui n'arrive pas ici. C'est une remarque de méthode qui vaut des points en évaluation : un critère peut être respecté simplement parce qu'il ne s'applique pas, et cela ne prouve rien sur la qualité de la procédure.

c) La gagnante de Condorcet est C. Le critère de Condorcet exige donc d'élire C. La pluralité élit A, le scrutin à deux tours et l'élimination élisent B : ces trois procédures VIOLENT le critère de Condorcet. Seuls Borda et la méthode de Condorcet elle-même le respectent ici. Pour le second critère, le perdant de Condorcet est A, qui perd ses trois duels par 3636 contre 6464. La PLURALITÉ élit A, donc elle viole le critère du perdant de Condorcet, ce qui est la faute la plus grave qu'une procédure puisse commettre : elle couronne exactement la candidature que toutes les autres battent en tête-à-tête.

d) Un argument défendable, chiffres à l'appui. Je propose d'écarter la pluralité seule, parce qu'elle n'utilise qu'une ligne sur quatre du bulletin et qu'elle peut élire, comme ici, une personne rejetée par 6464 électeurs sur 100100. Je propose la méthode de Condorcet complétée par Borda : on cherche d'abord une candidature qui gagne tous ses duels, et si elle existe on l'élit, car aucune majorité ne peut lui opposer quelqu'un de préféré. Si aucune n'existe, ce qui arrive et qu'on verra à l'exercice 9, on tranche par Borda, qui utilise l'information complète du classement. La règle décisive n'est pas mathématique mais civique : la procédure se fixe AVANT le dépouillement, parce qu'une fois les bulletins connus chaque camp peut choisir la procédure qui le fait gagner, et l'élection devient un choix de règle déguisé.

Exercice 7 : Le vote par assentiment

Le VOTE PAR ASSENTIMENT, ou vote par approbation, change la nature du bulletin : on ne classe plus, on COCHE. Chaque électeur approuve autant de candidatures qu'il le veut, et la plus approuvée est élue.

Les mêmes 100100 électeurs revotent ainsi. Les 3636 du premier groupe n'approuvent que A. Les 2525 du deuxième approuvent B et C. Les 2121 du troisième approuvent C et B. Les 1010 du quatrième approuvent D et C. Les 88 du dernier n'approuvent que B.

A36B54C56D1001020304050Appuis reçus
  • a) Calculez le nombre d'appuis de chaque candidature.
  • b) Combien de coches ont été portées en tout sur les bulletins ? Pourquoi ce total ne vaut-il pas 100100 ?
  • c) Qui est élue ? Le résultat est-il cohérent avec les exercices 4 et 5 ?
  • d) Un électeur du groupe de 3636 décide finalement d'approuver A ET C. Quel est le nouveau résultat ? Que lui conseilleriez-vous ?

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a)
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Réponses

  • a) A 3636, B 5454, C 5656, D 1010
  • b) 156156 coches ; un bulletin d'assentiment peut en porter plusieurs
  • c) C est élue avec 5656 appuis, cohérent avec Borda et Condorcet
  • d) C passe à 5757 et A reste à 3636 : cocher C ne retire rien à A

a) On additionne les groupes qui cochent chaque nom. A n'est cochée que par le premier groupe : 3636 appuis. B est cochée par les groupes de 2525, de 2121 et de 88 : 25+21+8=5425+21+8=54 appuis. C est cochée par les groupes de 2525, de 2121 et de 1010 : 25+21+10=5625+21+10=56 appuis. D n'est cochée que par le groupe de 1010 : 1010 appuis. Contrairement aux premiers choix, ces quatre nombres n'ont aucune raison d'additionner à 100100, et il ne faut surtout pas « corriger » un total qui dépasse.

b) On compte les coches en multipliant chaque groupe par le nombre de noms qu'il coche : 36×1+25×2+21×2+10×2+8×1=36+50+42+20+8=15636\times 1+25\times 2+21\times 2+10\times 2+8\times 1=36+50+42+20+8=156 coches. Vérification par l'autre bout : 36+54+56+10=15636+54+56+10=156, les deux comptages concordent. Le total dépasse 100100 parce qu'un bulletin d'assentiment peut porter plusieurs coches ; il vaudrait exactement 100100 si tout le monde n'en cochait qu'une, et 400400 si tout le monde cochait les quatre. C'est le piège numéro un du chapitre : croire qu'un total supérieur au nombre d'électeurs signale une erreur de calcul.

c) C est élue avec 5656 appuis, devant B avec 5454. Le résultat est cohérent avec Borda, qui élisait C avec 313313 points, et avec Condorcet, qui désignait C comme gagnante de tous ses duels. Ce n'est pas un hasard : ces trois procédures utilisent l'information des rangs intermédiaires, alors que la pluralité et l'élimination s'appuient d'abord sur les premiers choix. On observe aussi que A retombe à 3636, son plancher habituel, parce que personne d'autre que son propre camp ne l'approuve.

d) Si un seul électeur du premier groupe coche aussi C, alors C passe à 5757 appuis et A reste à 3636. L'écart avec B se creuse et C reste élue. Le conseil est plus intéressant que le calcul : en approuvant C en plus de A, cet électeur ne retire RIEN à A, puisque les coches sont indépendantes les unes des autres, mais il rend la victoire de C plus probable. Le vote par assentiment demande donc à chacun de fixer un seuil d'acceptabilité, et non un favori. Cocher trop peu, c'est laisser passer une candidature qu'on déteste ; cocher trop, c'est aider quelqu'un qu'on préfère à personne mais moins qu'un autre. Cet arbitrage stratégique est le vrai coût de cette procédure, en échange d'une simplicité de dépouillement inégalée.

Exercice 8 : Cinq affirmations à corriger

Chacune des cinq affirmations suivantes est FAUSSE. Dites pourquoi et donnez l'énoncé correct.

  • 1) « La candidature qui a le plus de premiers choix a la majorité absolue. »
  • 2) « Toutes les procédures de vote donnent le même gagnant, sinon les mathématiques seraient contradictoires. »
  • 3) « Avec le vote par Borda, un premier choix vaut toujours 44 points. »
  • 4) « Au vote par assentiment, le total des appuis doit être égal au nombre d'électeurs. »
  • 5) « Il existe toujours une gagnante de Condorcet, il suffit de faire tous les duels. »

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1)
2)
3)
4)
5)
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Réponses

  • 1) FAUX : c'est la PLURALITÉ ; la majorité absolue exigerait 5151 voix, A n'en a que 3636
  • 2) FAUX : trois gagnants pour les mêmes bulletins, car chaque procédure définit le gagnant autrement
  • 3) FAUX : avec nn candidatures, un premier choix vaut nn points ; avec trois, il en vaut 33
  • 4) FAUX : le total vaut le nombre de COCHES, ici 156156 pour 100100 électeurs
  • 5) FAUX : les duels peuvent former un cycle, c'est le paradoxe de Condorcet

1) FAUX. Avoir le plus de premiers choix, c'est la PLURALITÉ, ou majorité relative ; avoir plus de la moitié des voix, c'est la MAJORITÉ ABSOLUE. Les deux notions coïncident seulement quand il y a deux candidatures. Le scrutin de la série est le contre-exemple : A a le plus de premiers choix avec 3636 voix, et il en faudrait 5151 pour la majorité absolue. Énoncé correct : la candidature qui a le plus de premiers choix l'emporte à la PLURALITÉ ; elle n'a la majorité absolue que si son score dépasse strictement la moitié des voix exprimées.

2) FAUX, et c'est le contresens central du chapitre. Chaque procédure définit un gagnant DIFFÉREMMENT, donc rien n'oblige les résultats à coïncider ; il n'y a aucune contradiction, il y a cinq définitions. Les mêmes 100100 bulletins donnent A par pluralité, B par élimination et C par Borda, Condorcet et assentiment. Énoncé correct : le gagnant dépend de la procédure autant que des bulletins, et c'est précisément pourquoi la procédure se choisit avant le dépouillement. Le théorème d'Arrow va plus loin encore : aucune procédure ne peut satisfaire simultanément tous les critères d'équité raisonnables.

3) FAUX. Le barème de Borda dépend du NOMBRE de candidatures : avec nn candidatures, un premier choix vaut nn points et un dernier choix 11 point. Un premier choix vaut 44 points seulement quand il y a quatre candidatures, 33 points quand il y en a trois, comme aux exercices 9 et 10. Énoncé correct : avec nn candidatures, le rang kk rapporte nk+1n-k+1 points, et chaque bulletin distribue en tout 1+2++n1+2+\cdots+n points. Le contrôle qui sauve : total général == nombre d'électeurs ×\times somme des points d'un bulletin.

4) FAUX. Un bulletin d'assentiment porte autant de coches que l'électeur le souhaite, donc le total des appuis peut aller de 00 à quatre fois le nombre d'électeurs. Dans l'exercice 7, 100100 électeurs ont porté 156156 coches, et les quatre scores 3636, 5454, 5656 et 1010 additionnent bien à 156156. Énoncé correct : au vote par assentiment le total des appuis vaut le nombre de COCHES et non le nombre d'électeurs. La somme égale au nombre d'électeurs, c'est le contrôle des PREMIERS CHOIX, une autre procédure.

5) FAUX. Il arrive que les duels forment un cycle : la première bat la deuxième, la deuxième bat la troisième, et la troisième bat la première. Aucune candidature n'est alors invaincue, et il n'y a pas de gagnante de Condorcet. C'est le PARADOXE DE CONDORCET, illustré à l'exercice 9 avec XX qui bat YY, YY qui bat ZZ et ZZ qui bat XX. Énoncé correct : la gagnante de Condorcet, quand elle existe, est unique, mais son existence n'est pas garantie ; en cas de cycle il faut trancher par une autre procédure, Borda par exemple.

Exercice 9 : Le choix du logiciel et le paradoxe de Condorcet

Une commission de 100100 personnes doit choisir un logiciel parmi trois, XX, YY et ZZ. Chaque membre classe les trois logiciels. Les bulletins se regroupent en trois ordres : 3535 membres votent XX, YY, ZZ ; 3333 membres votent YY, ZZ, XX ; 3232 membres votent ZZ, XX, YY.

Avec trois candidatures, le barème de Borda est 33, 22, 11.

Rang35 membres33 membres32 membres
1er choixXYZ
2e choixYZX
3e choixZXY
XYZaucun sommet n'est épargné : les flèches tournent
  • a) Donnez les trois duels et leurs résultats.
  • b) Existe-t-il une gagnante de Condorcet ? Expliquez ce que montre le schéma.
  • c) Calculez les trois scores de Borda et vérifiez le total.
  • d) La commission décide de trancher par Borda. Un membre du groupe de 3333 conteste. Quel argument peut-il donner, et que répondez-vous ?

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a)
b)
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Réponses

  • a) XX bat YY 6767 à 3333, YY bat ZZ 6868 à 3232, ZZ bat XX 6565 à 3535
  • b) Aucune : les trois flèches tournent en rond, la préférence majoritaire n'est pas transitive
  • c) XX 202202, YY 201201, ZZ 197197, de total 600600
  • d) XX gagne par un point : un seul bulletin renverserait tout. On défend la règle, pas le résultat

a) Duel XX contre YY. Groupe de 3535, ordre XX, YY, ZZ : XX devant, 3535 voix. Groupe de 3333, ordre YY, ZZ, XX : YY devant, 3333 voix. Groupe de 3232, ordre ZZ, XX, YY : XX devant, 3232 voix. Donc XX 6767, YY 3333 : XX bat YY. Duel YY contre ZZ. Groupe de 3535 : YY devant, 3535. Groupe de 3333 : YY devant, 3333. Groupe de 3232 : ZZ devant, 3232. Donc YY 6868, ZZ 3232 : YY bat ZZ. Duel ZZ contre XX. Groupe de 3535 : XX devant, 3535. Groupe de 3333, ordre YY, ZZ, XX : ZZ devant, 3333. Groupe de 3232 : ZZ devant, 3232. Donc ZZ 6565, XX 3535 : ZZ bat XX. Chaque duel additionne bien à 100100.

b) Non. XX bat YY, YY bat ZZ, et ZZ bat XX : les trois flèches du schéma tournent en rond, aucun sommet n'est épargné, donc aucune candidature ne gagne tous ses duels. C'est le PARADOXE DE CONDORCET. La leçon est plus profonde qu'une curiosité de calcul : la relation « est préférée par une majorité à » n'est pas TRANSITIVE, alors que la préférence de chaque individu, elle, l'est. Chaque membre a un classement parfaitement cohérent, et l'agrégation de ces classements cohérents produit un cycle. Une majorité de 6767 voix soutient XX contre YY, une autre de 6565 voix soutient ZZ contre XX : ces majorités ne sont pas composées des mêmes personnes, et c'est ce déplacement qui fabrique le cycle.

c) Score de XX : rang 11 dans le groupe de 3535 (33 points), rang 33 dans celui de 3333 (11 point), rang 22 dans celui de 3232 (22 points), soit 105+33+64=202105+33+64=202 points. Score de YY : rang 22, 11 et 33, soit 70+99+32=20170+99+32=201 points. Score de ZZ : rang 33, 22 et 11, soit 35+66+96=19735+66+96=197 points. Vérification : chaque bulletin distribue 3+2+1=63+2+1=6 points, donc le total vaut 100×6=600100\times 6=600, et l'on a bien 202+201+197=600202+201+197=600. XX l'emporte.

d) Son argument est solide : XX gagne par 202202 contre 201201, soit UN point d'écart sur 600600 distribués. Un seul membre du groupe de 3535 qui échangerait XX et YY sur son bulletin ferait perdre 11 point à XX et en gagner 11 à YY, donc 201201 contre 202202, et YY serait élue. Le résultat de Borda est ici d'une fragilité extrême, et il ne peut se réclamer d'aucune majorité claire puisqu'il n'y a pas de gagnante de Condorcet. La réponse honnête n'est pas de défendre XX mais la RÈGLE : la commission a fixé Borda avant le dépouillement, et une règle qu'on change après avoir vu les chiffres n'est plus une règle. On peut ajouter que dans un cycle, toute procédure sera contestable, puisque la majorité elle-même se contredit ; ce que Borda apporte alors est une décision, pas une vérité.

Exercice 10 : Le retrait d'une candidature

Un jury de 6060 membres décerne un prix à l'un de trois finalistes, PP, QQ et RR. Les classements se regroupent ainsi : 2424 membres votent PP, QQ, RR ; 2121 membres votent QQ, RR, PP ; 1515 membres votent RR, QQ, PP.

Le règlement prévoit la pluralité. Barème de Borda : 33, 22, 11.

Rang24 membres21 membres15 membres
1er choixPQR
2e choixQRQ
3e choixRPP
  • a) Qui reçoit le prix selon le règlement ?
  • b) La veille de la remise, RR se retire. Les bulletins restent valables, on raye simplement RR. Qui reçoit le prix ?
  • c) Cherchez la gagnante de Condorcet, puis calculez les scores de Borda du scrutin initial.
  • d) RR n'a jamais eu la moindre chance de gagner et son retrait a pourtant changé le lauréat. Expliquez ce phénomène et dites ce que le jury devrait modifier.

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c)
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Réponses

  • a) PP, avec 2424 voix, soit 40%40\,\% ; il en faudrait 3131 pour la majorité absolue
  • b) QQ, avec 3636 voix, soit 60%60\,\%, sans qu'aucun membre n'ait changé d'avis
  • c) QQ est gagnante de Condorcet ; Borda donne PP 108108, QQ 141141, RR 111111, total 360360
  • d) Violation de l'indépendance des options non pertinentes, par division du vote entre QQ et RR

a) Premiers choix : PP 2424, QQ 2121, RR 1515, total 6060. La pluralité élit PP avec 2424 voix, soit 40%40\,\% des membres. Aucune majorité absolue, puisqu'il faudrait 3131 voix.

b) On raye RR de chaque bulletin. Le groupe de 2424, ordre PP, QQ, RR, devient PP, QQ : premier choix PP. Le groupe de 2121, ordre QQ, RR, PP, devient QQ, PP : premier choix QQ. Le groupe de 1515, ordre RR, QQ, PP, devient QQ, PP : premier choix QQ. Nouveaux premiers choix : PP 2424, QQ 21+15=3621+15=36. Total 6060. Le prix revient maintenant à QQ, avec 60%60\,\% des voix, alors que le même jury venait de le donner à PP. Aucun membre n'a changé d'avis : les 6060 bulletins sont les mêmes, on a seulement retiré un nom qui perdait.

c) Duels. PP contre QQ : PP devant dans le groupe de 2424, QQ devant dans ceux de 2121 et de 1515, donc QQ 3636 contre PP 2424, QQ gagne. PP contre RR : PP devant dans le groupe de 2424, RR devant dans les deux autres, donc RR 3636 contre PP 2424, RR gagne. QQ contre RR : QQ devant dans les groupes de 2424 et de 2121, RR devant dans celui de 1515, donc QQ 4545 contre RR 1515, QQ gagne. QQ gagne ses deux duels : QQ est la gagnante de Condorcet, et PP perd les siens, PP est le perdant de Condorcet. Borda : PP vaut 24×3+21×1+15×1=72+21+15=10824\times 3+21\times 1+15\times 1=72+21+15=108 ; QQ vaut 24×2+21×3+15×2=48+63+30=14124\times 2+21\times 3+15\times 2=48+63+30=141 ; RR vaut 24×1+21×2+15×3=24+42+45=11124\times 1+21\times 2+15\times 3=24+42+45=111. Total 108+141+111=360108+141+111=360, et 60×6=36060\times 6=360. Borda élit QQ.

d) Le phénomène s'appelle la violation de l'INDÉPENDANCE DES OPTIONS NON PERTINENTES : le retrait d'une candidature perdante ne devrait pas changer le classement des autres, et sous la pluralité il le change. Le mécanisme est la division du vote. QQ et RR se ressemblent aux yeux du jury et se partagent les 3636 membres qui placent PP en dernier ; tant que RR est en lice, ces 3636 voix se coupent en 2121 et 1515, et les 2424 voix de PP suffisent à passer devant. Le regroupement des chiffres est parlant : PP est premier chez 2424 membres et DERNIER chez 3636. Le jury devrait abandonner la pluralité au profit de Borda ou de la méthode de Condorcet, qui désignent toutes deux QQ avec ou sans RR, parce qu'elles lisent le bulletin entier et non sa seule première ligne.

P24Q21R150102030Avec R en lice, en voixP24Q360102030Après le retrait de R
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