Maths & NSI

Première

Variables aléatoires réelles

Une expérience aléatoire produit souvent un résultat numérique : un gain, un score, une durée... On appelle variable aléatoire la fonction qui, à chaque issue, associe ce nombre. Ce chapitre présente la loi de probabilité d'une variable aléatoire, ses paramètres (espérance, variance, écart-type), ainsi que des méthodes de simulation en Python pour observer ces notions sur de grands échantillons. Le programme ne considère ici que des univers finis.

Variable aléatoire et loi de probabilité

Qu'est-ce qu'une variable aléatoire réelle ?

Une variable aléatoire réelle XX est une fonction qui, à chaque issue d'une expérience aléatoire d'univers fini Ω\Omega, associe un nombre réel. Elle modélise le résultat numérique (gain, score, durée...) associé à cette expérience.

Exemple. On lance un dé équilibré à 6 faces. Si le résultat est 1, 2 ou 3, on perd 5 jetons ; si le résultat est 4 ou 5, on gagne 1 jeton ; si le résultat est 6, on gagne 10 jetons. On définit ainsi une variable aléatoire XX (le gain) par :

X(1)=X(2)=X(3)=−5X(4)=X(5)=1X(6)=10X(1) = X(2) = X(3) = -5 \qquad X(4) = X(5) = 1 \qquad X(6) = 10

Notations

Soit XX une variable aléatoire définie sur Ω\Omega, et aa un réel. On note :

  • {X=a}\{X = a\} l'ensemble des issues de Ω\Omega auxquelles XX associe la valeur aa ;
  • {X⩽a}\{X \leqslant a\} l'ensemble des issues auxquelles XX associe une valeur inférieure ou égale à aa (de même pour {X<a}\{X < a\}, {X⩾a}\{X \geqslant a\}, {X>a}\{X > a\}) ;
  • P(X=a)P(X = a) la probabilité de l'événement {X=a}\{X = a\}, et P(X⩽a)P(X \leqslant a) celle de {X⩽a}\{X \leqslant a\}.

Dans l'exemple précédent, {X=−5}={1;2;3}\{X = -5\} = \{1 ; 2 ; 3\}, donc P(X=−5)=36=12P(X = -5) = \dfrac{3}{6} = \dfrac{1}{2}.

Loi de probabilité d'une variable aléatoire

Soit XX une variable aléatoire prenant les valeurs x1<x2<⋯<xnx_1 < x_2 < \cdots < x_n. Déterminer la loi de probabilité de XX, c'est calculer P(X=xi)P(X = x_i) pour chaque valeur xix_i, et présenter le résultat dans un tableau :

xix_ix1x_1x2x_2…\ldotsxnx_n
P(X=xi)P(X = x_i)P(X=x1)P(X = x_1)P(X=x2)P(X = x_2)…\ldotsP(X=xn)P(X = x_n)

Comme pour toute loi de probabilité, la somme des probabilités vaut 1 :

∑i=1nP(X=xi)=1\sum_{i=1}^{n} P(X = x_i) = 1

Exemple. Pour le jeu de dé précédent, la loi de probabilité de XX est :

xix_i−5-5111010
P(X=xi)P(X = x_i)12\dfrac{1}{2}13\dfrac{1}{3}16\dfrac{1}{6}

On vérifie bien : 12+13+16=1\dfrac{1}{2} + \dfrac{1}{3} + \dfrac{1}{6} = 1.

Exercice — Loi de probabilité d'un tirage dans une urne

Une urne contient 12 boules indiscernables au toucher : 5 rouges, 4 vertes et 3 jaunes. On tire au hasard une boule. Si elle est rouge, on gagne 2 € ; si elle est verte, on gagne 5 € ; si elle est jaune, on perd 4 €. On note XX la variable aléatoire égale au gain algébrique du joueur.

  1. Quelles sont les valeurs prises par XX ?
  2. Déterminer la loi de probabilité de XX.
  3. Calculer P(X⩾0)P(X \geqslant 0) et interpréter ce résultat.
Exercice — Loi de probabilité d'un gain sur une roue de loterie

Une roue de loterie forain est divisée en 8 secteurs identiques, numérotés de 1 à 8. Un joueur fait tourner la roue et note le numéro NN obtenu à l'arrêt (les 8 secteurs sont équiprobables). Le gain du joueur dépend de NN : il gagne 00 € si NN est impair, 22 € si N∈{2;4;6}N \in \{2 ; 4 ; 6\}, et 2020 € si N=8N = 8. On note XX la variable aléatoire égale au gain du joueur.

  1. Donner la probabilité de chaque valeur de NN, de 11 à 88.
  2. Quelles sont les valeurs prises par XX ?
  3. Déterminer la loi de probabilité de XX.
  4. Calculer P(X>0)P(X > 0) et interpréter ce résultat dans le contexte de l'énoncé.
Exercice — Loi de probabilité de la somme de deux dés

On lance simultanément deux dés équilibrés à 6 faces, l'un rouge et l'un bleu (les deux dés sont distinguables). On note SS la variable aléatoire égale à la somme des deux numéros obtenus.

  1. Combien l'univers de cette expérience compte-t-il d'issues équiprobables (couples formés du résultat du dé rouge et du résultat du dé bleu) ?
  2. Quelles sont les valeurs prises par SS ?
  3. En dénombrant, pour chaque valeur, le nombre de couples qui lui correspondent, déterminer la loi de probabilité de SS (chaque probabilité sera donnée sous forme de fraction de dénominateur 3636).
  4. Calculer P(S⩾10)P(S \geqslant 10).
  5. Calculer P(S=7)P(S = 7), puis P(S=2 ou S=12)P(S = 2 \text{ ou } S = 12). Comparer ces deux probabilités.

QCM — Variable aléatoire et loi de probabilité

1. Que représente l'ensemble {X⩽a}\{X \leqslant a\} pour une variable aléatoire XX ?
2. Une variable aléatoire XX prend les valeurs 11, 22 et 33 avec P(X=1)=0,2P(X=1) = 0{,}2 et P(X=3)=0,5P(X=3) = 0{,}5. Que vaut P(X=2)P(X=2) ?
3. Une urne contient 1010 boules indiscernables au toucher : 44 rouges, 33 vertes et 33 jaunes. On tire une boule au hasard et on note XX le gain algébrique défini par : X=2X=2 si la boule est rouge, X=5X=5 si elle est verte, X=−3X=-3 si elle est jaune. Que vaut P(X⩾0)P(X\geqslant0) ?

Espérance, variance, écart-type et simulation en Python

Espérance mathématique

Définition. Soit XX une variable aléatoire prenant les valeurs x1,x2,…,xnx_1, x_2, \ldots, x_n avec les probabilités p1,p2,…,pnp_1, p_2, \ldots, p_n. L'espérance de XX est le réel :

E(X)=∑i=1npixi=p1x1+p2x2+⋯+pnxnE(X) = \sum_{i=1}^{n} p_i x_i = p_1 x_1 + p_2 x_2 + \cdots + p_n x_n

L'espérance représente la valeur moyenne que prend XX si l'on répète un grand nombre de fois l'expérience aléatoire (loi des grands nombres).

Jeu équitable. Si XX représente le gain algébrique d'un jeu d'argent, on dit que le jeu est équitable lorsque E(X)=0E(X) = 0.

Variance et écart-type

Définition. La variance de XX est le réel positif :

V(X)=∑i=1npi(xi−E(X))2V(X) = \sum_{i=1}^{n} p_i \big(x_i - E(X)\big)^2

et l'écart-type de XX est σ(X)=V(X)\sigma(X) = \sqrt{V(X)}. Ce sont des indicateurs de la dispersion des valeurs de XX autour de son espérance.

Formule de König-Huygens (souvent plus rapide à calculer) :

V(X)=E(X2)−[E(X)]2=∑i=1npixi2−[E(X)]2V(X) = E(X^2) - \big[E(X)\big]^2 = \sum_{i=1}^{n} p_i x_i^2 - \big[E(X)\big]^2

Exemple. Reprenons l'urne à 12 boules (5 rouges, 4 vertes, 3 jaunes) et le gain XX défini par P(X=−4)=14P(X=-4)=\dfrac{1}{4} (jaune), P(X=2)=512P(X=2)=\dfrac{5}{12} (rouge), P(X=5)=13P(X=5)=\dfrac{1}{3} (vert).

E(X)=(−4)×14+2×512+5×13=−1+56+53=1,5E(X) = (-4)\times\dfrac{1}{4} + 2\times\dfrac{5}{12} + 5\times\dfrac{1}{3} = -1 + \dfrac{5}{6} + \dfrac{5}{3} = 1{,}5 E(X2)=16×14+4×512+25×13=4+53+253=14E(X^2) = 16\times\dfrac{1}{4} + 4\times\dfrac{5}{12} + 25\times\dfrac{1}{3} = 4 + \dfrac{5}{3} + \dfrac{25}{3} = 14 V(X)=E(X2)−[E(X)]2=14−1,52=14−2,25=11,75σ(X)=11,75≈3,43V(X) = E(X^2) - [E(X)]^2 = 14 - 1{,}5^2 = 14 - 2{,}25 = 11{,}75 \qquad \sigma(X) = \sqrt{11{,}75} \approx 3{,}43

Simuler une variable aléatoire en Python

Reprenons l'urne précédente : XX vaut −4-4 avec probabilité 14\frac14, 22 avec probabilité 512\frac{5}{12}, et 55 avec probabilité 13\frac13. On peut simuler un tirage grâce à un nombre aléatoire dans [0;1[[0 ; 1[, en découpant l'intervalle selon les probabilités cumulées :

import random
 
def simulation_X():
    """Simule une realisation de la variable aleatoire X (urne de boules)."""
    r = random.random()          # nombre aleatoire dans [0 ; 1[
    if r < 1/4:                  # jaune (3 boules sur 12) : X = -4
        return -4
    elif r < 1/4 + 5/12:         # rouge (5 boules sur 12) : X = 2
        return 2
    else:                        # vert (4 boules sur 12) : X = 5
        return 5

Moyenne d'un échantillon simulé

En répétant la simulation nn fois, on obtient un échantillon de taille nn, dont on peut calculer la moyenne :

def moyenne_echantillon(n):
    """Renvoie la moyenne d'un echantillon de n simulations de X."""
    total = 0
    for i in range(n):
        total = total + simulation_X()
    return total / n

Distance entre moyenne d'échantillon et espérance

D'après la loi des grands nombres, plus la taille nn de l'échantillon est grande, plus sa moyenne se rapproche de l'espérance théorique E(X)E(X). On peut mesurer cet écart, et étudier la proportion des échantillons pour lesquels la moyenne reste proche de E(X)E(X), à moins de 2σn\dfrac{2\sigma}{\sqrt{n}} :

def proportion_proche(N, n, esperance, sigma):
    """Simule N echantillons de taille n et renvoie la proportion de ceux
    dont la moyenne est a moins de 2*sigma/racine(n) de l'esperance."""
    compteur = 0
    seuil = 2 * sigma / (n ** 0.5)
    for k in range(N):
        m = moyenne_echantillon(n)
        if abs(m - esperance) < seuil:
            compteur = compteur + 1
    return compteur / N
 
# Exemple d'utilisation, avec E(X) = 1,5 et sigma(X) = racine(11,75) :
# proportion_proche(1000, 30, 1.5, 11.75 ** 0.5)

En pratique, on observe que cette proportion se rapproche de 0,950{,}95 lorsque nn devient grand : c'est cet intervalle qui sera formalisé en terminale sous le nom d'intervalle de fluctuation.

Exercice — Un jeu de dé : espérance, variance et simulation

On propose le jeu suivant : la mise est de 3 €. On lance un dé équilibré à 6 faces.

  • si le résultat est 6, le joueur reçoit 12 € ;
  • si le résultat est 4 ou 5, le joueur est remboursé de sa mise (il reçoit 3 €) ;
  • sinon (résultat 1, 2 ou 3), le joueur ne reçoit rien.

On note XX la variable aléatoire égale au gain algébrique net du joueur (différence entre ce qu'il reçoit et sa mise de 3 €).

  1. Déterminer les valeurs prises par XX, puis sa loi de probabilité.
  2. Calculer E(X)E(X). Le jeu est-il équitable ?
  3. Calculer V(X)V(X) puis σ(X)\sigma(X) (on arrondira à 10−210^{-2} près).
  4. Écrire une fonction Python simulation_jeu() qui simule une partie (à l'aide de random.randint(1, 6)) et renvoie le gain net XX.
Exercice — Loi donnée directement : espérance, variance et simulation Python

Une variable aléatoire XX a pour loi de probabilité :

xix_i−2-20055
P(X=xi)P(X=x_i)0,40{,}40,350{,}350,250{,}25
  1. Vérifier que cette loi de probabilité est valide (on précisera la propriété utilisée).
  2. Calculer E(X)E(X).
  3. Calculer V(X)V(X) à l'aide de la formule de König-Huygens, puis σ(X)\sigma(X) (arrondi à 10−210^{-2} près).
  4. Écrire une fonction Python simulation_X() qui simule une réalisation de XX à l'aide de random.random(), sur le modèle de la méthode vue en cours (découpage de l'intervalle [0 ;1[[0\,;1[ selon les probabilités cumulées).
  5. En utilisant la fonction moyenne_echantillon(n) du cours (qui appelle simulation_X() à chaque itération), quelle valeur attend-on d'obtenir, approximativement, pour moyenne_echantillon(10000) ? Justifier à l'aide d'un résultat du cours.
Exercice — Comparer deux jeux à l'aide de l'espérance et de la variance

Pour financer un voyage scolaire, le foyer d'un lycée propose deux jeux lors d'une kermesse.

Jeu A. La mise est de 2 €. Le joueur tire une carte au hasard parmi 20 cartes numérotées de 1 à 20. S'il tire un multiple de 5, il reçoit 10 € ; sinon, il ne reçoit rien. On note XX le gain net du joueur (différence entre ce qu'il reçoit et sa mise de 2 €).

Jeu B. La mise est de 2 €. Le joueur lance un dé équilibré à 6 faces. S'il obtient 6, il reçoit 6 € ; sinon, il ne reçoit rien. On note YY le gain net du joueur.

  1. Déterminer la loi de probabilité de XX, puis celle de YY.
  2. Calculer E(X)E(X) et E(Y)E(Y). Que peut-on dire du jeu A ? Lequel des deux jeux est, en moyenne, le plus avantageux pour le foyer du lycée (l'organisateur) ?
  3. Calculer V(X)V(X) et V(Y)V(Y), puis les écarts-types σ(X)\sigma(X) et σ(Y)\sigma(Y) (on donnera σ(X)\sigma(X) exactement et σ(Y)\sigma(Y) arrondi à 10−210^{-2} près). Lequel des deux jeux a les gains les plus dispersés autour de leur moyenne ?
  4. Écrire une fonction Python simulation_Y() qui simule le gain net d'une partie du jeu B, à l'aide de random.randint(1, 6).

QCM — Espérance, variance et jeu équitable

1. Quelle est la formule de l'espérance d'une variable aléatoire XX prenant les valeurs x1,…,xnx_1, \ldots, x_n avec les probabilités p1,…,pnp_1, \ldots, p_n ?
2. Un jeu d'argent modélisé par une variable aléatoire XX (le gain algébrique) est dit équitable lorsque :
3. Un jeu consiste à tirer une carte au hasard dans un jeu de 3232 cartes. Si la carte tirée est un as (il y a 44 as), le joueur gagne gg euros ; sinon (les 2828 autres cartes), il perd 22 euros. Pour quelle valeur de gg ce jeu est-il équitable ?

Exercices bilan

Déterminer la loi de probabilité d'une variable aléatoire

ApplicationCorrigé gratuit

Un sac opaque contient 1010 jetons indiscernables au toucher :

  • quatre jetons portent le nombre 00 ;
  • trois jetons portent le nombre 22 ;
  • deux jetons portent le nombre 55 ;
  • un jeton porte le nombre 1010.

On tire un jeton au hasard dans le sac, chaque jeton ayant la même probabilité d'être tiré. On note XX le nombre inscrit sur le jeton tiré : XX est une variable aléatoire.

  1. Préciser l'ensemble des valeurs prises par XX.
  2. Déterminer la loi de probabilité de XX et la présenter dans un tableau. Vérifier que la somme des probabilités obtenues vaut 11.
  3. Décrire par une phrase l'événement {X⩾2}\{X \geqslant 2\}, puis calculer P(X⩾2)P(X \geqslant 2).
  4. Calculer P(X<5)P(X \lt 5), puis vérifier la cohérence de ce résultat avec P(X⩾5)P(X \geqslant 5).
  5. Un joueur marque autant de points que le nombre inscrit sur le jeton qu'il a tiré. Sachant qu'il a marqué au moins 22 points, quelle est la probabilité qu'il en ait marqué 1010 ?

Calculer espérance, variance et écart-type de deux variables aléatoires

Application

Deux jeux de société proposent chacun, à la fin d'une partie, un nombre de points algébrique (un nombre négatif correspond à une perte de points).

On note XX le nombre de points obtenus au premier jeu, dont la loi de probabilité est :

xix_i−3-31155
P(X=xi)P(X = x_i)14\dfrac{1}{4}12\dfrac{1}{2}14\dfrac{1}{4}

On note YY le nombre de points obtenus au second jeu, dont la loi de probabilité est :

yiy_i001122
P(Y=yi)P(Y = y_i)14\dfrac{1}{4}12\dfrac{1}{2}14\dfrac{1}{4}
  1. Vérifier que ces deux tableaux définissent bien des lois de probabilité.
  2. Calculer E(X)E(X) et E(Y)E(Y). Que peut-on dire des deux jeux sur un grand nombre de parties ?
  3. Calculer V(X)V(X) à l'aide de la formule de König-Huygens, puis σ(X)\sigma(X). On donnera la valeur exacte de l'écart-type, puis une valeur approchée au centième.
  4. Reprendre la question 3. pour YY.
  5. Retrouver la valeur de V(X)V(X) en utilisant cette fois la définition de la variance.
  6. Comparer les deux jeux et conclure par une phrase destinée à un joueur qui hésite entre les deux.
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Étudier le gain d'une loterie et trouver la mise qui rend le jeu équitable

EntraînementCorrigé gratuit

Lors d'une fête de village, une roue de loterie est partagée en 1010 secteurs identiques. La roue est équilibrée : chaque secteur a la même probabilité d'être désigné par la flèche.

  • Un secteur fait gagner 2020 euros.
  • Deux secteurs font gagner 55 euros.
  • Les sept autres secteurs ne font rien gagner.

Pour participer, il faut miser 44 euros. On note GG le gain algébrique du joueur, c'est-à-dire la somme reçue diminuée de la mise, exprimée en euros.

  1. Déterminer les valeurs prises par GG, puis sa loi de probabilité. Vérifier que la somme des probabilités vaut 11.
  2. Calculer E(G)E(G). Interpréter ce résultat. Le jeu est-il équitable ?
  3. L'organisateur du stand reçoit 200200 joueurs dans la journée. Quel bénéfice moyen peut-il espérer ? Quel résultat du cours justifie ce raisonnement ?
  4. Calculer V(G)V(G), puis σ(G)\sigma(G). Interpréter la valeur obtenue en la comparant à l'espérance.
  5. L'organisateur souhaite proposer un jeu équitable. On note mm la mise, exprimée en euros. Exprimer l'espérance du gain algébrique en fonction de mm, puis déterminer la mise qui rend le jeu équitable.

Retrouver une loi de probabilité à partir de son espérance

Entraînement

Une machine d'atelier peut connaître 00, 11, 22 ou 33 incidents au cours d'une journée de production, mais jamais davantage. On note XX le nombre d'incidents relevés au cours d'une journée prise au hasard.

Le service de maintenance dispose du tableau incomplet suivant, où aa et bb désignent deux réels positifs :

xix_i00112233
P(X=xi)P(X = x_i)aa0,30{,}3bb0,10{,}1

Le service sait de plus que le nombre moyen d'incidents par journée est égal à 1,51{,}5.

  1. Écrire l'équation traduisant le fait que ce tableau définit bien une loi de probabilité.
  2. Écrire l'équation traduisant le fait que E(X)=1,5E(X) = 1{,}5.
  3. Résoudre le système formé par ces deux équations, puis donner la loi de probabilité complète de XX.
  4. Calculer V(X)V(X) et σ(X)\sigma(X). On donnera la valeur exacte de l'écart-type, puis une valeur approchée au centième.
  5. Calculer P(X⩾2)P(X \geqslant 2) et interpréter ce résultat dans le contexte.
  6. On admet que les journées de production sont indépendantes les unes des autres. Calculer la probabilité qu'aucun incident ne survienne au cours de deux journées consécutives.
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Construire la loi d'une variable aléatoire à partir d'un arbre pondéré

Entraînement

Un stand de kermesse propose le jeu suivant. Le joueur lance une pièce équilibrée, puis tire au hasard un jeton dans l'une des deux urnes, selon le résultat du lancer.

  • Si la pièce tombe sur Pile, il tire un jeton dans l'urne U1U_1, qui contient cinq jetons : un jeton marqué 1010, deux jetons marqués 55 et deux jetons marqués 00.
  • Si la pièce tombe sur Face, il tire un jeton dans l'urne U2U_2, qui contient cinq jetons : un jeton marqué 1010 et quatre jetons marqués 00.

Dans chaque urne, les cinq jetons sont indiscernables au toucher. On note XX le nombre de points inscrit sur le jeton tiré.

  1. Décrire l'arbre pondéré de la situation en donnant, pour chaque nœud, les branches qui en partent et leur probabilité. Vérifier la règle des nœuds.
  2. Déterminer la loi de probabilité de XX. On nommera la formule utilisée, et on vérifiera que la somme des probabilités vaut 11.
  3. Calculer E(X)E(X) et interpréter ce résultat.
  4. Calculer V(X)V(X) et σ(X)\sigma(X).
  5. Un joueur a obtenu 1010 points. Quelle est la probabilité que la pièce soit tombée sur Pile ? Commenter le résultat.
  6. Un joueur n'a marqué aucun point. Quelle est la probabilité qu'il ait tiré dans l'urne U2U_2 ?
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Simuler une variable aléatoire en Python et estimer son espérance

Entraînement

Dans un lycée, un distributeur de boissons enregistre le nombre de canettes achetées par chaque client qui s'en approche. On note XX ce nombre, dont la loi de probabilité a été établie sur une longue période :

xix_i00112233
P(X=xi)P(X = x_i)0,40{,}40,350{,}350,20{,}20,050{,}05
  1. Vérifier que ce tableau définit bien une loi de probabilité, puis calculer E(X)E(X), V(X)V(X) et σ(X)\sigma(X). On donnera une valeur approchée de l'écart-type au centième.
  2. On souhaite simuler la variable aléatoire XX. Le programme Python suivant est incomplet : les deux seuils notés ??? ont été effacés.
import random
 
def simulation_X():
    """Simule une realisation de X (nombre de canettes achetees)."""
    r = random.random()       # nombre aleatoire dans [0 ; 1[
    if r < 0.4:
        return 0
    elif r < ???:
        return 1
    elif r < ???:
        return 2
    else:
        return 3

Recopier et compléter ce programme, puis expliquer d'où viennent les seuils utilisés.

  1. On dispose également de la fonction suivante.
def moyenne_echantillon(n):
    """Moyenne d'un echantillon de n simulations de X."""
    total = 0
    for i in range(n):
        total = total + simulation_X()
    return total / n

De quelle valeur l'appel moyenne_echantillon(10000) sera-t-il proche ? Nommer le résultat du cours qui le justifie.

  1. Écrire une fonction proportion_au_moins_deux(n) qui simule nn clients et renvoie la proportion de ceux qui achètent au moins deux canettes. Vers quelle valeur cette proportion se stabilise-t-elle quand nn devient grand ?
  2. Le distributeur est rempli avec 250250 canettes le matin, et l'on attend environ 300300 clients dans la journée. Le stock suffira-t-il en moyenne ? Justifier.
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Étude d'un contrat d'assurance pour vélos

Type bac

Partie A — Les sommes versées par la compagnie

Une compagnie propose un contrat annuel d'assurance pour les vélos. Une étude statistique portant sur un grand nombre d'assurés montre que, au cours d'une année :

  • 90 %90\ \% des assurés ne déclarent aucun sinistre, et la compagnie ne verse rien ;
  • 8 %8\ \% déclarent un sinistre léger, pour lequel la compagnie verse 200200 euros ;
  • 2 %2\ \% déclarent un sinistre grave, pour lequel la compagnie verse 1 0001\,000 euros.

On choisit au hasard un assuré et on note YY la somme, exprimée en euros, que la compagnie lui verse au cours de l'année.

  1. Donner la loi de probabilité de YY et vérifier que la somme des probabilités vaut 11.
  2. Calculer E(Y)E(Y) et interpréter ce résultat dans le contexte.

Partie B — Le bénéfice de la compagnie

Le contrat est vendu 6060 euros par an. On note GG le bénéfice réalisé par la compagnie sur un contrat, exprimé en euros : G=60−YG = 60 - Y.

  1. Donner la loi de probabilité de GG.
  2. Calculer E(G)E(G). Le contrat est-il équitable ? Interpréter le résultat du point de vue de la compagnie.
  3. Calculer V(G)V(G), puis montrer que σ(G)=148\sigma(G) = 148 euros. Que traduit un écart-type aussi grand devant l'espérance ?
  4. La compagnie signe 1 0001\,000 contrats, que l'on suppose indépendants. Quel bénéfice total peut-elle espérer ? Nommer le résultat du cours qui justifie ce raisonnement.

Partie C — Le prix du contrat

  1. On note désormais pp le prix annuel du contrat, exprimé en euros. Exprimer l'espérance du bénéfice de la compagnie en fonction de pp, puis déterminer les valeurs de pp pour lesquelles la compagnie est bénéficiaire en moyenne.
  2. Quel prix rendrait le contrat équitable ? Expliquer pourquoi la compagnie ne peut pas le pratiquer.

Partie D — Une simulation

  1. On donne le programme suivant.
import random
 
def versement():
    """Somme versee par la compagnie a un assure au cours d'une annee."""
    r = random.random()
    if r < 0.9:
        return 0
    elif r < 0.98:
        return 200
    else:
        return 1000
 
def benefice_moyen(n):
    """Benefice moyen par contrat, sur n contrats simules."""
    total = 0
    for i in range(n):
        total = total + 60 - versement()
    return total / n

Expliquer le rôle des seuils 0,90{,}9 et 0,980{,}98, puis indiquer de quelle valeur l'appel benefice_moyen(10000) sera proche.

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