Version élève → Mathématiques · Lycée professionnel · 2de · Seconde

Séquence 3 · Probabilités et fluctuation : simuler pour décider

Un lot de pièces contient‑il vraiment 10 % de défauts ? Comment le hasard fait‑il varier les résultats d'un échantillon à l'autre ?

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 :

Les mots importants

expérience aléatoire, issue, univers, évènementprobabilité, évènement contraireéchantillon aléatoire de taille nfluctuation des fréquencesstabilisation des fréquences (loi des grands nombres)

Ressources de la séquence

Les notions, les repères et les pistes pour aller plus loin, utiles pour toutes les séances.

Les notions à maîtriser

Expérience aléatoire
Expérience dont on connaît les issues possibles sans savoir laquelle se produira.
Évènement
Ensemble d'issues ; il est réalisé si l'issue obtenue en fait partie.
Probabilité
Nombre entre 0 et 1 ; en cas d'équiprobabilité, nombre d'issues favorables divisé par le nombre d'issues.
Évènement contraire
Ā est réalisé quand A ne l'est pas ; P(Ā) = 1 − P(A).
Échantillon
Liste de n résultats obtenus en répétant n fois la même expérience (tirage avec remise).
Fluctuation
Variation de la fréquence d'un échantillon à l'autre ; elle diminue quand n augmente.

Repères

DateÉvénement
1654Pascal et Fermat posent les bases du calcul des probabilités.
1713Jacques Bernoulli énonce la loi des grands nombres.
1777Buffon publie l'expérience de l'aiguille, qui relie hasard et π.
1946Les premiers ordinateurs servent à simuler le hasard (méthode de Monte‑Carlo).

Pour aller plus loin

Sources et bibliographie

Mon parcours : je choisis mon rythme

Séance 1 · Calculer des probabilités

65 min

Séance approfondie : cours développé, documents sourcés, activités exigeantes avec coups de pouce.

La question du jour

Quelle est la somme la plus probable avec deux dés ?

Mon plan de travail

Le cours à lire · Vocabulaire et calculs

Une expérience aléatoire a plusieurs issues possibles ; leur ensemble est l'univers. Un évènement est un ensemble d'issues. Une probabilité est un nombre entre 0 et 1 (0 : impossible ; 1 : certain). En cas d'équiprobabilité, P(A) = nombre d'issues favorables / nombre total d'issues. L'évènement contraire Ā a pour probabilité 1 − P(A). Pour une expérience à deux épreuves, on dénombre les issues avec un tableau à double entrée ou un arbre.

Document 1 · Le jeu de la kermesse

Situation-problème.

Pour la kermesse du lycée, des élèves proposent un jeu : on lance deux dés et on gagne si la somme vaut 7. Un autre élève propose plutôt de faire gagner la somme 12, « parce que c'est le plus grand nombre ».

Source : Situation construite pour la séance par le professeur (données fictives, choisies pour être réalistes).

Activité 1 · S'approprier

12 min
Essentiel

Supports : Document 1

Consigne :

Dénombrez.

  1. Combien d'issues pour le lancer de deux dés ?
  2. Combien donnent une somme de 7 ? de 12 ?
  3. Probabilités correspondantes ?

Ce qui est attendu (6 pts) : S'approprier, réaliser

Activité 2 · Réaliser

18 min
Essentiel

Supports : Cours

Consigne :

Calculez.

  1. Probabilité d'une somme paire ?
  2. Probabilité de ne pas obtenir de double ?
  3. Probabilité d'une somme supérieure ou égale à 10 ?

Ce qui est attendu (7 pts) : Analyser, raisonner, réaliser

Activité 3 · Communiquer

15 min
Travail à rendre

Supports : Documents et cours

Consigne :

Rédigez une réponse aux organisateurs (6 à 8 lignes) : quelle règle choisir pour que le jeu soit attractif sans faire perdre d'argent ? Pour bien commencer : Avec la somme 7, la probabilité de gagner est… · Avec la somme 12, … · Je propose donc…

Ce qui est attendu (7 pts) : Valider · Communiquer

Trace écrite · document à compléter (papier ou ENT)

Complète la trace écrite avec les mots de la banque, puis recopie-la dans ton cahier.

11 − P(A)entréefavorables

Une probabilité est un nombre compris entre 0 et ______. En cas d'équiprobabilité, on divise le nombre d'issues __________ par le nombre total d'issues. La probabilité de l'évènement contraire vaut ________. Un tableau à double ______ permet de dénombrer.

Séance 2 · Simuler et observer la fluctuation

65 min

Séance approfondie : cours développé, documents sourcés, activités exigeantes avec coups de pouce.

La question du jour

Une pièce de monnaie est‑elle truquée ?

Mon plan de travail

Le cours à lire · Fluctuation et stabilisation

Un échantillon de taille n est obtenu en répétant n fois la même expérience. La fréquence d'un évènement dans un échantillon varie d'un échantillon à l'autre : c'est la fluctuation d'échantillonnage. Quand n augmente, l'étendue des fréquences observées diminue et les fréquences se stabilisent autour de la probabilité : « lorsque n est grand, sauf exception, la fréquence observée est proche de la probabilité ». On peut donc estimer une probabilité inconnue par une fréquence observée sur un grand échantillon. Au tableur, ALEA.ENTRE.BORNES(0;1) simule une pièce ; en Python, random.randint(0, 1).

Document 1 · La pièce suspecte

Situation-problème.

Un élève affirme que sa pièce est truquée : sur 20 lancers, il a obtenu 14 fois pile. Le professeur dépose sur l'ENT un tableur qui simule 200 échantillons de 20 lancers d'une pièce équilibrée, puis 200 échantillons de 1 000 lancers.

Source : Situation construite pour la séance par le professeur (données fictives, choisies pour être réalistes).

Activité 1 · S'approprier

12 min
Essentiel

Supports : Document 1

Consigne :

Lisez la simulation.

  1. Fréquence de pile observée par l'élève ?
  2. Étendue des fréquences simulées pour n = 20 (de 0,25 à 0,8 par exemple) : 0,7 est‑il exceptionnel ?
  3. Étendue pour n = 1 000 (de 0,46 à 0,54 par exemple) ?

Ce qui est attendu (6 pts) : S'approprier, réaliser

Activité 2 · Analyser, raisonner

18 min
Essentiel

Supports : Cours

Consigne :

Interprétez.

  1. Pourquoi l'étendue diminue‑t‑elle ?
  2. Que faudrait‑il faire pour tester la pièce ?
  3. Si on obtient 700 piles sur 1 000, que conclure ?

Ce qui est attendu (7 pts) : Analyser, raisonner, réaliser

Activité 3 · Communiquer

15 min
Travail à rendre

Supports : Documents et cours

Consigne :

Répondez à l'élève (6 à 8 lignes) : son expérience prouve‑t‑elle que la pièce est truquée ? Proposez une méthode plus fiable. Pour bien commencer : Sur 20 lancers, la fréquence obtenue est… · La simulation montre que… · Pour conclure, il faudrait…

Ce qui est attendu (7 pts) : Valider · Communiquer

Trace écrite · document à compléter (papier ou ENT)

Complète la trace écrite avec les mots de la banque, puis recopie-la dans ton cahier.

conclureestimerfluctuationstabilisent

La fréquence d'un évènement varie d'un échantillon à l'autre : c'est la ___________. Quand la taille de l'échantillon augmente, les fréquences se ___________. On peut _______ une probabilité par une fréquence observée. Un petit échantillon ne permet pas de ________ avec certitude.

Fiche à trous · je complète

Complète le texte avec les mots de la banque (sur papier ou dans le document de l'ENT).

01 − P(A)fluctuestabilise

Une probabilité est un nombre compris entre ______ et 1.

La probabilité de l'évènement contraire de A est ________.

D'un échantillon à l'autre, la fréquence observée _______.

Quand la taille de l'échantillon augmente, la fréquence se _________ autour de la probabilité.

Ce que j'ai appris

Les 3 idées que je retiens :
Une méthode ou une formule que je veux retenir :
Ce qui reste difficile pour moi / ma question pour le professeur :