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Activité n°1 : du discret au continu

Contexte :

Une variable aléatoire associe, à un événement, un nombre. Ce nombre était

jusqu'ici un entier (la face d'un dé, par exemple), ou appartenant tout au moins à un ensemble fini de valeurs.

Nous allons étudier ici des variables aléatoires qui associent à un événement, un nombre réel.

a. Dans l'intervalle

[0;1]

, combien y a-t-il de nombres d'au plus une décimale (i.e.

0;0,1 ;...) ?

...

...

b. Dans l'intervalle

[0;1]

, combien y a-t-il de nombres d'au plus deux décimales ?

...

...

c. Dans l'intervalle

[0;1]

, combien y a-t-il de nombres d'au plus dix décimales ? ...

...

d. On s'intéresse à la variable aléatoire qui donne au hasard et de façon

équiprobable un nombre à au plus dix décimales, entre

0

et

1

inclus. Quelle est la probabilité d'obtenir

0,3142536475

?

...

...

e. On s'intéresse maintenant à la variable aléatoire qui donne au hasard et de façon équiprobable un nombre réel toujours compris entre 0 et 1. Que vaut

P ( X = 1 5 )

?

...

...

f. Conjecturer

P ( 0≤ X 100 1 )

?

P ( 100 1X ≤ 2

100 )

?

P ( 100 2X ≤ 3 100 )

?

P ( 100 3X ≤ 4

100 )

sur l'intervalle [0;1]?

...

...

...

...

g. Sur le repère suivant, construire le graphique donnant

P ( x≤ X x+ 100 1 )

en

fonction de

x

(

x

variant de

0

à

0,99

).

h. Quelle fonction

f

semble dessiner cette répartition ?

...

...

Cette fonction s'appelle densité de probabilité de la loi suivie par

X

. i. Conjecturer

P ( 0≤ X 1 5 )

?

P ( 0≤ X 2 5 )

?

P ( 0≤ X 3 5 )

?

P ( 0≤ X 4 5 )

?

P ( 0≤ X 5 5 )

?

...

...

...

...

...

j. Sur le repère suivant, construire le graphique donnant

P ( 0≤ Xx )

en fonction de

x

.

k. Quelle fonction

F

semble dessiner cette répartition ?

...

l. Quelle relation semble-t-il y avoir entre

f et F

?

...

...

...

...

m. Interpréter

P ( 0≤ X x )

sous la forme d'une intégrale.

...

n. Que peut-on dire de

F(1)

?

...

Cours n°1

I) Généralités

Contexte :

Une variable aléatoire associe, à un événement, un nombre. Ce nombre était

jusqu'ici un entier (la face d'un dé, par exemple), ou appartenant tout au moins à un ensemble fini de valeurs.

Nous allons étudier ici des variables aléatoires qui associent à un événement, un nombre réel.

Définition n°1

On appelle fonction de densité de probabilité de la variable aléatoire

X

sur l'intervalle

I

toute fonction

f

définie, continue, et positive sur

I

telle que

I

f ( t ) dt =...

Remarques :

Si

I = [a;b]

, alors

I

f ( t ) dt = ∫

a b

f ( t ) dt

Si

I = [a;+∞]

, alors

I

f ( t ) dt = lim

x→+∞

a x

f ( t ) dt

Si

I = [–∞ ; b]

, alors

I

f ( t ) dt= lim

x→−∞

x b

f ( t ) dt

Propriété n°1

Si

X

est une variable aléatoire définie sur

I

et de densité

f

, alors, pour tout intervalle

[a;b]

de

I

, on a :

P ( a≤ X ≤b ) =...

Propriété n°2

Si

X

est une variable aléatoire définie sur

I

et de densité

f

, alors : 1.

P(X ∈ I) = …

2. 

x ∈

R,

P(X = x)= …

3. 

a ∈ I,

b ∈ I, P ( a≤ X ≤b ) = P ( a< X ≤b ) = ... = …...

4. 

a ∈ I,

b ∈ I, P ( a≤ X ≤b ) = P(X ≤ ....) – P(X ≤ ....)

5. 

a ∈ I, P ( X >a ) =...

Définition n°2 (Espérance)

Si

X

est une variable aléatoire définie sur

I

et de densité

f

, alors l'espérance mathématique de

X

est définie par :

E(X) =

a b

tf ( t ) dt

Exemple n°1

Soit

X

une variable aléatoire définie sur

[0;4]

et de densité

f(x)= ( 4 x )

3.

1. Vérifier que

f

est une fonction de densité.

...

...

...

...

...

...

...

...

...…

2. Calculer

P(0<x<2).

...

...

...

...

...

...

...

...

...…

3. Calculer l'espérance de

X

.

... ...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

Se Tester n°1 - C13_1 (/4)

Objectifs :

Niveau a eca n C13.a 1 Savoir utiliser une fonction de densité pour calculer des

probabilités de variables continues et l'espérance d'une loi à densité.

Ex.1

Soit

X

une variable aléatoire définie sur

[0;9]

et de densité

f(x)= ( 9 x )

8

1[2]. Vérifier que

f

est une fonction de densité.

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...…

2[1]. Calculer

P(0<x< 4,5).

...

...

...

...

...

...

...

...…

3[1]. Calculer l'espérance de

X

.

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...…

Indices et résultats Voir l’exemple du cours.

Interrogation n°1 Objectifs :

C13.a_Niv1 : Savoir utiliser une fonction de densité pour calculer des probabilités de variables continues et l'espérance d'une loi.

Exercice n°1

Ex.1 p.334

Exercice n°2

Ex.2 p.334

Exercice n°3*

Ex.37 p.336

Cours n°2

II) Loi uniforme Définition n°3

On appelle loi uniforme sur

[a;b]

la loi de probabilité dont la fonction de densité est définie sur R par :

f ( x ) = { ...−... 1 0 sinon . si a≤ x≤b .

Remarque : elle modélise le tirage aléatoire d'un nombre compris entre

a

et

b

.

Propriété n°3

Si

X

est une variable aléatoire de densité la loi uniforme

f

: 1) Si

x<a

, alors

P(X ≤ x) = …

2) Si

a ≤ x ≤ b

, alors

P(X ≤ x) = …...

3) si

x>b

, alors

P(X ≤ x) = …

Démonstration

... ...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

Propriété n°4

Si

X

est une variable aléatoire de densité la loi uniforme

f

: On considère deux réels

α

et

β

tels que

a ≤ α ≤ β ≤ b

. Alors :

P(α ≤

X

β) = ... – ... =

…...

Exemple n°2

Soit

X

une variable aléatoire qui suit la loi uniforme sur

[0;4]

.

Calculer

P(2 ≤ X ≤ 3)

.

...…

...…

...…

...…

...…

...…

...

Propriété n°5

0 1 2 3 4 5 x

y

Si

X

est une variable aléatoire de densité la loi uniforme

f

: L'espérance

E(X) = …...

Démonstration

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

Exemple n°3

Calculer l'espérance mathématique de

X

si

X

suit la loi uniforme sur

[0;4]

.

...

...

...

...

...

...

...

Se tester n°2 - C13_2 (/2)

Objectifs :

Niveau a eca n

C13.b 1 Savoir calculer des probabilités et l'espérance pour une variable aléatoire qui suit une loi uniforme.

Ex.1

Soit

X

une variable aléatoire qui suit la loi uniforme sur

[0;5]

. 1[1]. Calculer

P(2 ≤ X ≤ 3)

.

...

...

...

...…

2[1]. Calculer l'espérance de

X

.

...

...

...

...

...

...

...…

Indices et résultats Voir exemples du cours.

Interrogation n°2 Objectifs :

C13.b_Niv1 : Savoir calculer des probabilités et l'espérance pour une variable aléatoire qui suit une loi uniforme.

Exercice n°4

Ex.6 p.334

Exercice n°5

Ex.9 p.334

Exercice n°6

Ex.47 p.336

Exercice n°7

Ex.49 p.337

Cours n°3

III) Loi exponentielle Définition n°4

Pour tout réel

λ>0

, on dit qu'une variable aléatoire suit la loi exponentielle de paramètre

λ

si sa fonction de densité est la fonction

f

définie sur

[0;+ ∞[

par

f(x)=

λe

-λx.

Propriété n°6

Si

X

suit la loi exponentielle de paramètre

λ

alors, pour tous réels

a

et

b

tel que

0 ≤ a

b

:

1)

P(a ≤ X ≤ b) = …...

2)

P(X ≤ b) = …...

3)

P(X ≥ a) = …...

Démonstration

... ...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

Exemple n°4

Soit

X

une variable aléatoire qui suit la loi exponentielle de paramètre

0,3

. Calculer

P(2 ≤ X ≤ 3)

.

...

...

...

...

...

Propriété n°7

Si

X

suit la loi exponentielle de paramètre

λ

alors l'espérance

E(X)

vaut

E(X) =

…...

Démonstration

... ...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

0 1 2 3 4 5 x

y

...

...

...

... ...

...

Exemple n°5

Calculer l'espérance mathématique de

X

si

X

suit la loi exponentielle de paramètre

0,3

.

...

...

...

...

...

...

...

Se tester n°3 - C13_3 (/4)

Objectifs :

Niveau a eca n

C13.c 1 Savoir calculer des probabilités et l'espérance pour une variable aléatoire qui suit une loi exponentielle.

Soit

X

une variable aléatoire qui suit la loi exponentielle de paramètre

0,5

. 1[f:1:r:1]. Calculer

P(1 ≤ X ≤ 4)

.

... ...

...

...

...

...

...

2[f:1:r:1]. Calculer l'espérance de

X

.

...

...

...

...

...

...

...…

Indices et résultats Voir exemples du cours.

Interrogation n°3 Objectifs :

C13.c_Niv1 : Savoir calculer des probabilités et l'espérance pour une variable aléatoire qui suit une loi exponentielle.

Exercice n°8

Ex.10 p.334

Exercice n°9

Ex.61 p.337

Exercice n°10*

Ex.66 p.338

Exercice n°11*

Sujet A p.349

Exercice n°12**

Sujet E p.350

Exercice n°13***

Ex.139 p.352

Indices et résultats

Rayez les lignes inutiles. Si un cours n'est pas validé, NE PAS FAIRE de travail au-delà.(vous ne serez PAS pénalisé)

Date d’aujourd’hui : ...

Nom, prénom et classe :

…...

* Je veux repasser les interrogations :

C__.__ ;C__.__ ;C__.__ ;C__.__ ;C__.__ ;C__.__

* Travail personnel (4 travaux min., sf exception ou mot daté et signé) pour la prochaine fois :

Se tester C__.__  : ex.n° : … / … / … / …  | Chap.n°__

Exercices n° : … / … / … / … / … / … | Chap.n°__

Exercices n° : … / … / … / … / … / … | Chap.n°__

Activ. n°__ : Quest.n° : … / … / … / … | Chap.n°__

Cours n°__ : Exempl.n° : … / … / … / … | Chap.n°__

Rayez les lignes inutiles. Si un cours n'est pas validé, NE PAS FAIRE de travail au-delà.(vous ne serez PAS pénalisé)

Date d’aujourd’hui : ...

Nom, prénom et classe :

…...

* Je veux repasser les interrogations :

C__.__ ;C__.__ ;C__.__ ;C__.__ ;C__.__ ;C__.__

* Travail personnel (4 travaux min., sf exception ou mot daté et signé) pour la prochaine fois :

Se tester C__.__  : ex.n° : … / … / … / …  | Chap.n°__

Exercices n° : … / … / … / … / … / … | Chap.n°__

Exercices n° : … / … / … / … / … / … | Chap.n°__

Activ. n°__ : Quest.n° : … / … / … / … | Chap.n°__

Cours n°__ : Exempl.n° : … / … / … / … | Chap.n°__

Rayez les lignes inutiles. Si un cours n'est pas validé, NE PAS FAIRE de travail au-delà.(vous ne serez PAS pénalisé)

Date d’aujourd’hui : ...

Nom, prénom et classe :

…...

* Je veux repasser les interrogations :

C__.__ ;C__.__ ;C__.__ ;C__.__ ;C__.__ ;C__.__

* Travail personnel (4 travaux min., sf exception ou mot daté et signé) pour la prochaine fois :

Se tester C__.__  : ex.n° : … / … / … / …  | Chap.n°__

Exercices n° : … / … / … / … / … / … | Chap.n°__

Exercices n° : … / … / … / … / … / … | Chap.n°__

Activ. n°__ : Quest.n° : … / … / … / … | Chap.n°__

Cours n°__ : Exempl.n° : … / … / … / … | Chap.n°__

Rayez les lignes inutiles. Si un cours n'est pas validé, NE PAS FAIRE de travail au-delà.(vous ne serez PAS pénalisé)

Date d’aujourd’hui : ...

Nom, prénom et classe :

…...

* Je veux repasser les interrogations :

C__.__ ;C__.__ ;C__.__ ;C__.__ ;C__.__ ;C__.__

* Travail personnel (4 travaux min., sf exception ou mot daté et signé) pour la prochaine fois :

Se tester C__.__  : ex.n° : … / … / … / …  | Chap.n°__

Exercices n° : … / … / … / … / … / … | Chap.n°__

Exercices n° : … / … / … / … / … / … | Chap.n°__

Activ. n°__ : Quest.n° : … / … / … / … | Chap.n°__

Cours n°__ : Exempl.n° : … / … / … / … | Chap.n°__

Rayez les lignes inutiles. Si un cours n'est pas validé, NE PAS FAIRE de travail au-delà.(vous ne serez PAS pénalisé)

Date d’aujourd’hui : ...

Nom, prénom et classe :

…...

* Je veux repasser les interrogations :

C__.__ ;C__.__ ;C__.__ ;C__.__ ;C__.__ ;C__.__

* Travail personnel (4 travaux min., sf exception ou mot daté et signé) pour la prochaine fois :

Se tester C__.__  : ex.n° : … / … / … / …  | Chap.n°__

Exercices n° : … / … / … / … / … / … | Chap.n°__

Exercices n° : … / … / … / … / … / … | Chap.n°__

Activ. n°__ : Quest.n° : … / … / … / … | Chap.n°__

Cours n°__ : Exempl.n° : … / … / … / … | Chap.n°__

Rayez les lignes inutiles. Si un cours n'est pas validé, NE PAS FAIRE de travail au-delà.(vous ne serez PAS pénalisé)

Date d’aujourd’hui : ...

Nom, prénom et classe :

…...

* Je veux repasser les interrogations :

C__.__ ;C__.__ ;C__.__ ;C__.__ ;C__.__ ;C__.__

* Travail personnel (4 travaux min., sf exception ou mot daté et signé) pour la prochaine fois :

Se tester C__.__  : ex.n° : … / … / … / …  | Chap.n°__

Exercices n° : … / … / … / … / … / … | Chap.n°__

Exercices n° : … / … / … / … / … / … | Chap.n°__

Activ. n°__ : Quest.n° : … / … / … / … | Chap.n°__

Cours n°__ : Exempl.n° : … / … / … / … | Chap.n°__

Rayez les lignes inutiles. Si un cours n'est pas validé, NE PAS FAIRE de travail au-delà.(vous ne serez PAS pénalisé)

Date d’aujourd’hui : ...

Nom, prénom et classe :

…...

* Je veux repasser les interrogations :

C__.__ ;C__.__ ;C__.__ ;C__.__ ;C__.__ ;C__.__

* Travail personnel (4 travaux min., sf exception ou mot daté et signé) pour la prochaine fois :

Se tester C__.__  : ex.n° : … / … / … / …  | Chap.n°__

Exercices n° : … / … / … / … / … / … | Chap.n°__

Exercices n° : … / … / … / … / … / … | Chap.n°__

Activ. n°__ : Quest.n° : … / … / … / … | Chap.n°__

Cours n°__ : Exempl.n° : … / … / … / … | Chap.n°__

Rayez les lignes inutiles. Si un cours n'est pas validé, NE PAS FAIRE de travail au-delà.(vous ne serez PAS pénalisé)

Date d’aujourd’hui : ...

Nom, prénom et classe :

…...

* Je veux repasser les interrogations :

C__.__ ;C__.__ ;C__.__ ;C__.__ ;C__.__ ;C__.__

* Travail personnel (4 travaux min., sf exception ou mot daté et signé) pour la prochaine fois :

Se tester C__.__  : ex.n° : … / … / … / …  | Chap.n°__

Exercices n° : … / … / … / … / … / … | Chap.n°__

Exercices n° : … / … / … / … / … / … | Chap.n°__

Activ. n°__ : Quest.n° : … / … / … / … | Chap.n°__

Cours n°__ : Exempl.n° : … / … / … / … | Chap.n°__

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