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Mathématiques · Classes prépa (CPGE) — 2ème année — MP

Probabilités sur un univers fini

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

  • Univers fini : Un ensemble $\Omega$ muni d'une probabilité $P$ telle que $P(\Omega)=1$ et $P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B)$.
  • Probabilité conditionnelle : $P_A(B) = \frac{P(A \cap B)}{P(A)}$ avec $P(A) > 0$.
  • Indépendance : $A$ et $B$ sont indépendants si $P(A \cap B) = P(A) \times P(B)$.
  • Formule des probabilités totales : Si $(A_i){i \in I}$ est un système complet d'événements, alors $P(B) = \sum{i \in I} P(A_i \cap B) = \sum_{i \in I} P(A_i) P_{A_i}(B)$.

Méthodes à maîtriser

  • Dénombrement : Utiliser les arrangements, combinaisons et permutations pour calculer $P(A) = \frac{\text{card}(A)}{\text{card}(\Omega)}$ en cas d'équiprobabilité.
  • Arbres pondérés : Très utile pour visualiser les probabilités conditionnelles et appliquer la formule des probabilités totales.
  • Passage au complémentaire : Utiliser $P(A) = 1 - P(\overline{A})$ quand le calcul direct est complexe.

Exemples corrigés

  • Exemple 1 : Tirage de 2 boules dans une urne contenant 3 rouges et 2 noires. $P(\text{2 rouges}) = \frac{\binom{3}{2}}{\binom{5}{2}} = \frac{3}{10}$.
  • Exemple 2 : Si $P(A)=0.6$ et $P(B|A)=0.2$, alors $P(A \cap B) = 0.6 \times 0.2 = 0.12$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier que la somme des probabilités d'un système complet doit valoir 1.
  • Confondre "indépendance" et "incompatibilité" ($A \cap B = \emptyset$).
  • Oublier de diviser par le cardinal total dans les problèmes de dénombrement.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Probabilités sur un univers fini

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Si $P(A)=0.3$ et $P(B)=0.4$ avec $A$ et $B$ incompatibles, alors $P(A \cup B)$ est :

❓ Questions fréquentes

Est-ce que P(A cup B) = P(A) + P(B) est toujours vraie ?

Non, cette formule n'est vraie que si les événements $A$ et $B$ sont incompatibles, c'est-à-dire $A \cap B = \emptyset$. Dans le cas général, il faut utiliser la formule : $P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B)$.

💡 À retenir : Vérifie toujours si les événements peuvent se réaliser simultanément avant d'additionner.

Kifach n3ref wach nst3mel l-combinaison wla l-arrangement ?
  1. Si l'ordre de tirage est important (ex: podium, code secret), utilise les arrangements $A_n^k$.
  2. Si l'ordre n'a pas d'importance (ex: main de cartes, tirage simultané), utilise les combinaisons $\binom{n}{k}$.

💡 À retenir : Pose-toi toujours la question : "Est-ce que changer l'ordre change le résultat ?"

Chno hiya l-far9 bin l-indépendance w l-incompatibilité ?
  1. Incompatibilité : $A \cap B = \emptyset$. Si $A$ arrive, $B$ ne peut pas arriver.
  2. Indépendance : $P(A \cap B) = P(A) \times P(B)$. La réalisation de $A$ ne change pas la probabilité de $B$.

💡 À retenir : Deux événements peuvent être indépendants sans être incompatibles.

Comment calculer P(A|B) si je n'ai pas P(A cap B) ?

Tu peux utiliser la formule de Bayes : $P(A|B) = \frac{P(B|A)P(A)}{P(B)}$. Il faut souvent calculer $P(B)$ en utilisant la formule des probabilités totales si $B$ est lié à plusieurs cas de $A$.

💡 À retenir : La formule de Bayes est l'outil principal pour inverser un conditionnement.

Wach l-i7timal 9der ykon kbar men 1 ?

Non, jamais. La probabilité d'un événement est toujours comprise entre 0 et 1 (inclus). Si tu trouves un résultat supérieur à 1, c'est qu'il y a une erreur de calcul.

💡 À retenir : $0 \leq P(A) \leq 1$ est la règle d'or.

Qu'est-ce qu'un système complet d'événements ?

C'est une famille d'événements $(A_i)$ telle que :

  1. Ils sont deux à deux incompatibles ($A_i \cap A_j = \emptyset$ pour $i \neq j$).
  2. Leur réunion est égale à l'univers $\Omega$ ($\bigcup A_i = \Omega$).
  3. $P(A_i) > 0$.

💡 À retenir : Cela permet de découper un problème complexe en cas plus simples.

Comment démontrer que deux événements sont indépendants ?

Il faut calculer séparément $P(A \cap B)$ et le produit $P(A) \times P(B)$. Si les deux valeurs sont égales, alors ils sont indépendants. Sinon, ils ne le sont pas.

💡 À retenir : Ne jamais supposer l'indépendance, il faut toujours la vérifier par le calcul.

Est-ce que P(A|B) = P(B|A) ?

Généralement non. C'est une erreur classique. $P(A|B)$ est la probabilité de $A$ sachant $B$, alors que $P(B|A)$ est la probabilité de $B$ sachant $A$. Ils ne sont égaux que si $P(A) = P(B)$.

💡 À retenir : L'ordre du conditionnement change tout.

Chno hiya l-formule dyal l-probabilités totales ?

Si $(A_1, A_2, ..., A_n)$ est un système complet, alors pour tout événement $B$ : $P(B) = \sum_{i=1}^n P(B|A_i)P(A_i)$.

💡 À retenir : C'est la méthode pour calculer la probabilité d'un événement qui dépend de plusieurs chemins.

Comment calculer P(overline{A}) ?

On utilise la règle de l'événement contraire : $P(\overline{A}) = 1 - P(A)$. C'est très utile quand l'énoncé demande "au moins un".

💡 À retenir : "Au moins un" se traduit souvent par $1 - P(\text{aucun})$.

Est-ce que je peux utiliser un arbre pour n'importe quel exercice ?

L'arbre est idéal pour les expériences successives (tirages avec ou sans remise). Cependant, s'il y a trop d'étapes, l'arbre devient illisible. Dans ce cas, passe au calcul algébrique.

💡 À retenir : L'arbre est un outil de visualisation, pas une démonstration en soi.

Pourquoi on divise par le nombre total de cas ?

Dans un univers fini avec équiprobabilité, la probabilité est définie comme le rapport du nombre de cas favorables sur le nombre de cas possibles. C'est la définition fondamentale.

💡 À retenir : Assure-toi toujours que les cas sont équiprobables avant de diviser.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Une urne contient 4 boules blanches et 6 boules noires. On tire successivement 3 boules sans remise.

  1. Calculer la probabilité d'obtenir 3 boules blanches.
  2. Calculer la probabilité d'obtenir exactement 2 boules blanches.
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Exercice 2

Deux machines M1 et M2 produisent respectivement 60% et 40% des pièces d'une usine. M1 produit 2% de pièces défectueuses et M2 en produit 5%. On choisit une pièce au hasard.

  1. Quelle est la probabilité qu'elle soit défectueuse ?
  2. Sachant qu'elle est défectueuse, quelle est la probabilité qu'elle vienne de M1 ?
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Exercice 3

Un dé équilibré à 6 faces est lancé deux fois. Soit $A$ l'événement "la somme des deux résultats est 7" et $B$ l'événement "le premier résultat est pair".

  1. Calculer $P(A)$ et $P(B)$.
  2. $A$ et $B$ sont-ils indépendants ?
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