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Calculs de probabilités avec un arbre

Établir la loi de probabilités d’une variable aléatoire

Calcul de l’espérance

Exercice | temps recommandé entre 5 et 10mn | Niveau 1 application directe du cours | séquence 4 du chapitre |
Parmi les stands de jeux d'une fête de village, les organisateurs ont installé une machine qui lance automatiquement une bille d'acier lorsque le joueur actionne un bouton.
Cette bille roule sur un plan comportant une cible circulaire évidée en son centre. Lorsque la bille atteint la cible, soit elle est avalée, soit elle reste sur la cible.
Lorsque la bille n'atteint pas la cible elle revient à son point de départ et le jeu s'arrête.
Dans la suite de l'exercice, on notera :
- C l'événement "la cible est atteinte";
-B l'événement "la bille est avalée".
Une étude préliminaire a démontré que :
-la probabilité d'atteindre la cible lors d'un lancer est égale à $0,3$ ;
-lorsque la cible a été atteinte, la probabilité que la bille soit avalée est égale à 0,2.
  1. Traduire la situation aléatoire ci-dessus par un arbre de probabilité.
    Rappel cours

    Arbre pondéré
    Probabilités sur un arbre pondéré:

    Aide

    Traduire d'abord les données de l'énoncé avec les notations des événements et des probabilités
    Les probabilités non conditionnelles sont à placer au premier niveau de l'arbre

    Solution

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  2. Calculer la probabilité $P_{1}$ que la bille soit avalée.
    Rappel cours

    Probabilité conditionnelle
    Soient $A$ et $B$ deux événements avec $p(A)\neq 0$.
    La probabilité que l'événement $B$ soit réalisé sachant que l'événement $B$ est réalisé se note $p_A(B)$
    et on a $p_A(B)=\dfrac{p(A\cap B)}{p(A)}$.

    Aide

    La probabilité $P_{1}$ que la bille soit avalée se note $p(C\cap B)$

    Solution

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  3. Calculer la probabilité $P_{2}$ qu'elle reste sur la cible.
    Aide

    La probabilité $P_{2}$ que la bille soit avalée se note $p(C\cap \overline{B})$

    Solution

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  4. Une partie se déroule selon la règle ci-dessous.
    Pour jouer, on paie $0,50$~euro et on actionne le bouton qui lance la bille :
    -si la bille est avalée, on gagne un lot d'une valeur de $g$ euros ;
    -si la bille reste sur la cible sans être avalée, on est remboursé ;
    -si la bille rate la cible, on perd la mise.
    Déterminer complètement la loi de probabilité de gain d'un joueur (on recopiera et on complétera le tableau ci-dessous).
    Aide

    Déterminer les valeurs prises par la variable en utilisant tous les parcours possibles sur l'arbre.
    On mise 0,5 euro au départ donc cette somm est à soustraire du gainfat

    Solution

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  5. Montrer que l'espérance de gain d'un joueur en fonction de $g$ est $E= 0,06g - 0,38$.
    Rappel cours

    Espérance-variance-écart type
    L'espérance de la variable aléatoire $X$ (avec les notations précédentes) est:
    $E(X)=x_1p_1+x_2p_2+......+x_np_n=\sum_{i=1}^n p_ix_i$
    La variance d'une variable aléatoire $X$ est:
    $V(X)=p_1(x_1-E(X))^2+p_2(x_2-E(X))^2+.....+p_n(x_n-E(X))^2=\sum_{i=1}^n p_i(x_i-E(X))^2$
    ou bien $V(X)=p_1x_1^2+p_2x_2^2+.....+p_nx_n^2-(E(X))^2=\sum_{i=1}^n p_ix_i^2-(E(X))^2$
    L'écart type est égal à la racine carrée de la variance: $\sigma(X)=\sqrt{V(X)}$

    Solution

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  6. On prévoit qu'un grand nombre de parties seront jouées.
    Pour quelles valeurs de $g$ les organisateurs peuvent-ils espérer un bénéfice ?
    Donner la valeur maximale de $g$ arrondie aux centimes d'euros.
    Aide

    Pour que les organisateurs ne perdent pas d'argent, il faut que $E(X)\leqslant 0$

    Solution

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