Bonjour !
Dans cette séquence de mathématiques, tu vas chercher à répondre à la grande question écrite en haut de la page. Elle se fait en 2 séances. Pour chaque séance : lis la consigne, étudie les documents, réponds aux questions sur ta feuille ou sur l'ENT, puis recopie l'essentiel dans ton cahier. Tu peux imprimer cette page avec le bouton « Imprimer ».
À la fin, je serai capable de :
- Reconnaître un schéma de Bernoulli et justifier l'usage d'une loi binomiale
- Calculer P(X = k), P(X ≤ k), l'espérance et la variance
- Résoudre un problème de seuil (surréservation, au moins un succès)
Les mots importants
Ressources de la séquence
Les notions, les repères et les pistes pour aller plus loin, utiles pour toutes les séances.
Les notions à maîtriser
- Épreuve de Bernoulli
- Expérience à deux issues : succès (probabilité p) et échec (1 − p).
- Schéma de Bernoulli
- Répétition de n épreuves de Bernoulli identiques et indépendantes.
- Coefficient binomial
- Nombre « k parmi n » de chemins de l'arbre comportant k succès.
- Loi binomiale
- Loi du nombre X de succès : P(X = k) = (k parmi n) × pᵏ × (1 − p)ⁿ⁻ᵏ, pour k de 0 à n.
- Espérance et variance
- E(X) = np ; V(X) = np(1 − p).
- Événement contraire
- P(X ≥ 1) = 1 − P(X = 0) = 1 − (1 − p)ⁿ.
Repères
| Date | Événement |
|---|---|
| 1654 | Pascal, Traité du triangle arithmétique (coefficients binomiaux). |
| 1657 | Huygens publie le premier traité de probabilités. |
| 1713 | Ars Conjectandi de Jacques Bernoulli (posthume) : loi des grands nombres. |
| 1867 | Inégalité de Bienaymé-Tchebychev. |
Pour aller plus loin
- Lire · programmes de mathématiques de la voie générale (éduscol).
- Lire · définition consolidée de l'épreuve de spécialité (éduscol).
- Outil · Basthon, Python dans le navigateur : simuler la planche de Galton.
Sources et bibliographie
- Albert Jacquard, Les Probabilités, PUF, coll. Que sais-je ?, 1974.
- Journ@l électronique d'histoire des probabilités et de la statistique (revue en ligne).
- Gerd Gigerenzer, Penser le risque, trad. fr. 2009.
Mon parcours : je choisis mon rythme
- Pour les élèves qui ont besoin de plus de temps : énoncé découpé en petites questions, rappel de cours en marge, calculatrice ou tableur autorisés pendant l'entraînement, correction pas à pas en vidéo ou en classe virtuelle.
- Pour les élèves qui avancent vite : question d'approfondissement (démonstration, généralisation, programme Python à écrire), problème ouvert à rédiger et à présenter à l'oral.
Séance 1 · Du schéma de Bernoulli à la loi binomiale
65 minSéance approfondie : cours développé, documents sourcés, activités exigeantes avec coups de pouce.
La question du jour
Combien de chemins mènent à k succès ?
Mon plan de travail
- 10 min → Lancement en classe virtuelle : Je suis le lancement (ou j'écoute la capsule) et je recopie la problématique.
- 12 min → Travail autonome : Je fais l'activité 1 ; j'utilise les coups de pouce seulement si je bloque.
- 18 min → Travail autonome : Je fais l'activité 2 ; j'utilise les coups de pouce seulement si je bloque.
- 15 min → Travail à rendre : Je fais l'activité 3 et je la dépose sur l'ENT (ou j'envoie une photo) dans les trois jours.
- 10 min → Mise en commun : Je corrige avec une autre couleur et je complète la trace écrite.
Le cours à lire · La loi binomiale
Une épreuve de Bernoulli a deux issues : succès (probabilité p) et échec (1 − p). Un schéma de Bernoulli répète n fois cette épreuve, de façon identique et indépendante : sur l'arbre, la probabilité d'un chemin est le produit des probabilités. Un chemin avec k succès a pour probabilité pᵏ(1 − p)ⁿ⁻ᵏ, et il y a « k parmi n » tels chemins (coefficient binomial). Le nombre X de succès suit la loi binomiale B(n, p) : P(X = k) = (k parmi n) × pᵏ × (1 − p)ⁿ⁻ᵏ. Relation de Pascal : (k parmi n) + (k + 1 parmi n) = (k + 1 parmi n + 1). Espérance E(X) = np, variance V(X) = np(1 − p).
Document 1 · Le contrôle de trois pièces
Situation-problème.
Dans une production, 20 % des pièces sont défectueuses. On prélève successivement 3 pièces ; la production est assez grande pour assimiler les prélèvements à des tirages avec remise. On note X le nombre de pièces défectueuses.
Source : Situation construite pour la séance par le professeur (données fictives, choisies pour être réalistes).
Activité 1 · Modéliser
12 minSupports : Document 1
Construisez l'arbre.
- Pourquoi est-ce un schéma de Bernoulli ?
- Combien de chemins donnent X = 1 ? Probabilité de chacun ?
- P(X = 1) ?
Ce qui est attendu (6 pts) : Modélisation
Activité 2 · Calculer
18 minSupports : Cours
Établissez la loi de X.
- P(X = 0), P(X = 2), P(X = 3) ?
- Vérifiez que la somme vaut 1.
- E(X) par la définition, puis par np ?
Ce qui est attendu (7 pts) : Loi et espérance
Activité 3 · Démontrer
15 minSupports : Cours
Démontrez la relation de Pascal par un raisonnement sur les chemins (ou par le calcul avec les factorielles), puis construisez les 6 premières lignes du triangle de Pascal. Pour bien commencer : Un chemin à k succès sur n + 1 épreuves se termine soit par… · On en déduit que… · Chaque nombre du triangle est la somme de…
Ce qui est attendu (7 pts) : Démonstration · Triangle
Trace écrite · document à compléter (papier ou ENT)
Complète la trace écrite avec les mots de la banque, puis recopie-la dans ton cahier.
Un schéma de Bernoulli répète n épreuves identiques et _____________. Le nombre de succès suit la loi _________ B(n, p). Son espérance est E(X) = ______.
Séance 2 · Problèmes de seuil : la surréservation
65 minSéance approfondie : cours développé, documents sourcés, activités exigeantes avec coups de pouce.
La question du jour
Une compagnie peut-elle vendre plus de billets que de places ?
Mon plan de travail
- 10 min → Lancement en classe virtuelle : Je suis le lancement (ou j'écoute la capsule) et je recopie la problématique.
- 12 min → Travail autonome : Je fais l'activité 1 ; j'utilise les coups de pouce seulement si je bloque.
- 18 min → Travail autonome : Je fais l'activité 2 ; j'utilise les coups de pouce seulement si je bloque.
- 15 min → Travail à rendre : Je fais l'activité 3 et je la dépose sur l'ENT (ou j'envoie une photo) dans les trois jours.
- 10 min → Mise en commun : Je corrige avec une autre couleur et je complète la trace écrite.
Le cours à lire · Décider avec la loi binomiale
Les compagnies de transport savent qu'une partie des passagers ne se présente pas : elles vendent parfois plus de billets que de places (surréservation). Si chaque passager se présente avec une probabilité p, indépendamment des autres, le nombre X de passagers présents parmi n billets vendus suit B(n, p). Le risque de refuser des passagers est P(X > nombre de places). La calculatrice ou un algorithme donne les probabilités cumulées P(X ≤ k). Pour un seuil « au moins un succès », on passe par l'événement contraire : P(X ≥ 1) = 1 − (1 − p)ⁿ, puis on résout avec ln. L'hypothèse d'indépendance doit être discutée (groupes, familles).
Document 1 · Un petit avion de 50 places
Situation-problème.
Une compagnie dispose d'un avion de 50 places. Elle sait que chaque passager ayant réservé se présente à l'embarquement avec une probabilité 0,95, indépendamment des autres. Elle envisage de vendre 52 billets.
Source : Situation construite pour la séance par le professeur (données fictives, choisies pour être réalistes).
Activité 1 · Modéliser
12 minSupports : Document 1
Posez le modèle.
- Loi de X, nombre de passagers présents ?
- E(X) et V(X) ?
- Quel événement correspond à un problème d'embarquement ?
Ce qui est attendu (6 pts) : Modélisation
Activité 2 · Calculer
18 minSupports : Document 1, cours
Calculez (calculatrice).
- P(X = 52) et P(X = 51) ?
- Risque de surréservation ?
- Et avec 51 billets vendus ?
Ce qui est attendu (7 pts) : Calculs et interprétation
Activité 3 · Programmer
15 minSupports : Cours
Écrivez en Python une fonction qui, pour n billets vendus, calcule P(X > 50), puis déterminez le plus grand n tel que ce risque reste inférieur à 0,1. Rédigez une recommandation à la compagnie. Pour bien commencer : Ma fonction calcule P(X > 50) en… · Le plus grand n qui convient est… · Je recommande donc à la compagnie de…
Ce qui est attendu (7 pts) : Programme · Recommandation
Trace écrite · document à compléter (papier ou ENT)
Complète la trace écrite avec les mots de la banque, puis recopie-la dans ton cahier.
Le nombre de passagers présents suit une loi _________. Le risque de surréservation est P(X > nombre de ______). Pour « au moins un succès », on passe par l'événement _________.
Fiche à trous · je complète
Complète le texte avec les mots de la banque (sur papier ou dans le document de l'ENT).
Un schéma de Bernoulli est la répétition de n épreuves de Bernoulli identiques et _____________.
Le nombre de succès suit une loi _________ B(n, p).
L'espérance d'une loi binomiale B(n, p) est E(X) = ______.
P(au moins un succès) = 1 − P(X = ______).
Ce que j'ai appris
- Reconnaître un schéma de Bernoulli et justifier l'usage d'une loi binomiale
- Calculer P(X = k), P(X ≤ k), l'espérance et la variance
- Résoudre un problème de seuil (surréservation, au moins un succès)