Première générale
Probabilités conditionnelles et indépendance
Avant les probabilités conditionnelles, on réactive le vocabulaire de base : univers, événement, union, intersection, complémentaire et calcul d'une probabilité dans un univers équiprobable. Le rappel est indispensable pour que les nouveaux outils soient bien compris. On distingue l’union $$A\cup...
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Rappels de Seconde
Avant les probabilités conditionnelles, on réactive le vocabulaire de base : univers, événement, union, intersection, complémentaire et calcul d'une probabilité dans un univers équiprobable. Le rappel est indispensable pour que les nouveaux outils soient bien compris.
Univers et événements
L'univers $$\Omega$$ est l'ensemble de toutes les issues possibles. Un événement $$A$$ est une partie de $$\Omega.$$
Union, intersection, complémentaire
$$A\cup B$$ signifie “$$A$$ ou $$B$$”. $$A\cap B$$ signifie “$$A$$ et $$B$$”. $$\overline A$$ désigne l'événement contraire de $$A.$$
Probabilité en équiprobabilité
Dans un univers fini équiprobable, $$P(A)=\frac{\text{nombre d'issues favorables}}{\text{nombre d'issues totales}}.$$
Formules utiles
On a $$P(\overline A)=1-P(A)$$ et $$P(A\cup B)=P(A)+P(B)-P(A\cap B).$$ Si $$A$$ et $$B$$ sont incompatibles, alors $$P(A\cap B)=0.$$
Probabilité conditionnelle, tableaux et arbres
Les PDF de probabilités conditionnelles présentent deux grandes portes d'entrée : les tableaux à double entrée et les arbres pondérés. Dans les deux cas, la condition $$B$$ signifie que l'on restreint l'univers aux situations où $$B$$ est réalisé.
Probabilité conditionnelle
Si $$P(B)\neq0,$$ la probabilité de $$A$$ sachant $$B$$ est $$P(A\mid B)=\frac{P(A\cap B)}{P(B)}.$$ On lit “probabilité de $$A$$ sachant $$B$$”.
Formule du produit
La définition précédente se réécrit $$P(A\cap B)=P(B)\times P(A\mid B).$$ Cette écriture est très pratique dans un arbre pondéré.
Probabilités totales
Si $$B$$ et $$\overline B$$ forment une partition de l'univers, alors $$P(A)=P(B)P(A\mid B)+P(\overline B)P(A\mid \overline B).$$
Forme générale sur une partition
Plus généralement, si $$B_1,\dots,B_n$$ forment une partition de l'univers, alors $$P(A)=\sum_{i=1}^{n}P(B_i)P(A\mid B_i).$$ On additionne donc les probabilités de $$A$$ obtenues dans chacun des cas possibles.
Formule de Bayes
Si $$P(B)\neq0,$$ alors $$P(A\mid B)=\frac{P(A)P(B\mid A)}{P(B)}.$$ Cette formule permet de renverser un conditionnement.
Tableau ou arbre
Dans un tableau, on lit les intersections puis on divise par le total de la ligne ou de la colonne voulue. Dans un arbre, on multiplie les probabilités le long d'un chemin, puis on additionne les chemins utiles.
Indépendance
L'indépendance traduit l'idée que la réalisation d'un événement ne modifie pas la probabilité d'un autre. Il s'agit d'une propriété du modèle, à vérifier par un calcul, et non d'une intuition vague.
Définition
Deux événements $$A$$ et $$B$$ sont indépendants si $$P(A\cap B)=P(A)\times P(B).$$
Critère avec la conditionnelle
Si $$P(B)\neq0,$$ l'indépendance équivaut à $$P(A\mid B)=P(A).$$ Savoir que $$B$$ est réalisé ne change donc rien à la probabilité de $$A.$$
Indépendance et incompatibilité
Deux événements incompatibles ne peuvent pas se produire ensemble. Deux événements indépendants peuvent au contraire se produire ensemble. Ce sont deux notions différentes.
QCM du chapitre
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Question 1. Si $$P(B)=0{,}4$$ et $$P(A\cap B)=0{,}12,$$ alors $$P(A\mid B)$$ vaut :
- A. 0,3
- B. 0,48
- C. 0,52
- D. 0,72
Réponse. A. 0,3
Explication. On calcule $$\frac{0{,}12}{0{,}4}=0{,}3.$$
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Question 2. Deux événements indépendants vérifient :
- A. $$P(A\cap B)=P(A)+P(B)$$
- B. $$P(A\cap B)=P(A)P(B)$$
- C. $$P(A\mid B)=0$$
- D. $$P(A)=P(B)$$
Réponse. B. $$P(A\cap B)=P(A)P(B)$$
Explication. C'est la définition de l'indépendance.
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Question 3. Sur un arbre pondéré, la probabilité d'un chemin se calcule en :
- A. additionnant
- B. multipliant
- C. soustrayant
- D. comparant
Réponse. B. multipliant
Explication. On multiplie les probabilités tout au long du chemin.
Exercices guidés
Exercice 1. Calculer une probabilité en équiprobabilité
On lance un dé équilibré. Soit $$A$$ l'événement “obtenir un nombre pair”. Calculer $$P(A).$$
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Étape 1. Compter les issues favorables.
Les nombres pairs sont $$2,4,6,$$ soit 3 issues favorables.
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Étape 2. Compter les issues totales.
Un dé possède 6 issues possibles.
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Étape 3. Conclure.
$$P(A)=\frac36=\frac12.$$
Exercice 2. Utiliser l'union et l'intersection
On lance un dé équilibré. Soit $$A$$ l'événement “obtenir un nombre pair” et $$B$$ l'événement “obtenir un multiple de 3”. Calculer $$P(A\cap B)$$ puis $$P(A\cup B).$$
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Étape 1. Calculer l'intersection.
Le seul nombre à la fois pair et multiple de 3 est $$6.$$ Donc $$P(A\cap B)=\frac16.$$
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Étape 2. Calculer $$P(A)$$ et $$P(B)$$.
$$P(A)=\frac36=\frac12$$ et $$P(B)=\frac26=\frac13.$$
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Étape 3. Utiliser la formule de l'union.
$$P(A\cup B)=P(A)+P(B)-P(A\cap B)=\frac12+\frac13-\frac16=\frac23.$$
Exercice 3. Calculer un complémentaire
On sait que $$P(A)=0{,}37.$$ Calculer $$P(\overline A).$$
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Étape 1. Rappeler la formule.
On a toujours $$P(\overline A)=1-P(A).$$
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Étape 2. Remplacer.
$$P(\overline A)=1-0{,}37.$$
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Étape 3. Conclure.
$$P(\overline A)=0{,}63.$$
Exercice 4. Utiliser une probabilité conditionnelle
On sait que $$P(B)=0{,}5$$ et $$P(A\cap B)=0{,}2.$$ Calculer $$P(A\mid B).$$
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Étape 1. Écrire la formule.
$$P(A\mid B)=\frac{P(A\cap B)}{P(B)}.$$
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Étape 2. Remplacer.
$$P(A\mid B)=\frac{0{,}2}{0{,}5}.$$
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Étape 3. Conclure.
$$P(A\mid B)=0{,}4.$$
Exercice 5. Tester l'indépendance
On sait que $$P(A)=0{,}4,$$ $$P(B)=0{,}5$$ et $$P(A\cap B)=0{,}2.$$ Les événements $$A$$ et $$B$$ sont-ils indépendants ?
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Étape 1. Calculer $$P(A)P(B)$$.
$$P(A)P(B)=0{,}4\times0{,}5=0{,}2.$$
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Étape 2. Comparer avec l'intersection.
On a aussi $$P(A\cap B)=0{,}2.$$
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Étape 3. Conclure.
Comme $$P(A\cap B)=P(A)P(B),$$ les événements $$A$$ et $$B$$ sont indépendants.
À retenir
- Univers : $$\Omega$$.
- Événement : partie de $$\Omega$$.
- Complémentaire : $$\overline A$$.
- Union : $$A\cup B$$.
- Intersection : $$A\cap B$$.
- En équiprobabilité : $$P(A)=\frac{\text{issues favorables}}{\text{issues totales}}$$.
- $$P(\overline A)=1-P(A)$$.
- $$P(A\cup B)=P(A)+P(B)-P(A\cap B)$$.
- Probabilité conditionnelle : $$P(A\mid B)=\frac{P(A\cap B)}{P(B)}$$ si $$P(B)\neq0$$.
- Formule du produit : $$P(A\cap B)=P(B)P(A\mid B)$$.
- Probabilités totales : $$P(A)=P(B)P(A\mid B)+P(\overline B)P(A\mid \overline B)$$.
- Sur une partition $$B_1,\dots,B_n$$ : $$P(A)=\sum_{i=1}^{n}P(B_i)P(A\mid B_i)$$.
- Bayes : $$P(A\mid B)=\frac{P(A)P(B\mid A)}{P(B)}$$.
- Indépendance : $$P(A\cap B)=P(A)P(B)$$.
- Si $$A$$ et $$B$$ sont indépendants, alors $$P(A\mid B)=P(A)$$.