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Exercices corrigés — Simulations et loi des grands nombres (Seconde)

Quatre niveaux de difficulté, du plus simple au plus exigeant. Chaque exercice a sa correction détaillée, étape par étape.

2 exercices de niveau « Challenge ». Voir les 8 exercices.

Exercice 7 Challenge

On lance deux dés équilibrés et l'on s'intéresse à la somme des résultats. a) À l'aide d'un tableau à double entrée, calculer la probabilité d'obtenir une somme égale à 7. b) Écrire une fonction Python frequence_sept(n) qui estime cette probabilité par simulation, en utilisant la fonction deux_des() du cours. c) Que renvoie-t-elle approximativement pour n grand ?

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Correction détaillée

a) Les deux dés donnent 6 × 6 = 36 couples équiprobables. La somme vaut 7 pour les couples (1 ; 6), (2 ; 5), (3 ; 4), (4 ; 3), (5 ; 2) et (6 ; 1), soit 6 couples : P(somme = 7) = 636 = 16 ≈ 0,167. C'est la somme la plus probable ; la somme 2, par exemple, n'a qu'un couple, (1 ; 1).
b) On compte les appels de deux_des() qui renvoient 7 :

def frequence_sept(n):
    compteur = 0
    for i in range(n):
        if deux_des() == 7:
            compteur = compteur + 1
    return compteur / n

c) Pour n grand, la fréquence renvoyée est proche de 16 ≈ 0,167 : par exemple 0,1692 pour n = 10 000. La simulation retrouve la valeur théorique, sans la remplacer : le tableau donne la probabilité exacte, la simulation une estimation qui fluctue.
Piège classique : penser qu'une somme est aussi probable qu'une autre parce qu'il y a 11 sommes possibles. Les sommes ne sont pas équiprobables, ce sont les 36 couples qui le sont.

Exercice 8 Challenge

On a lancé une pièce équilibrée 1 000 fois et obtenu exactement 500 piles. Pourquoi cela ne garantit-il pas que les 1 000 lancers suivants donneront 500 piles ? Que peut-on prévoir pour ces 1 000 lancers ?

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Correction détaillée

les 1 000 lancers suivants sont de nouvelles expériences aléatoires, indépendantes des précédentes : la pièce n'a pas de mémoire, et chaque lancer redonne pile avec probabilité 0,5 quels que soient les résultats passés. Le nombre de piles à venir est lui-même aléatoire.
Obtenir exactement 500 piles sur 1 000 lancers est un événement possible mais peu probable (environ 2,5 % des séries) : la plupart des séries donnent un nombre de piles proche de 500 sans l'égaler, par exemple 487 ou 516.
Ce que l'on peut prévoir : la fréquence de pile sur les 1 000 lancers suivants sera, sauf exception, proche de 0,5, disons entre 0,47 et 0,53. C'est le contenu de la loi des grands nombres : une proximité habituelle entre fréquence et probabilité pour une grande taille, pas une égalité ni une prédiction exacte.
Erreur à éviter : croire qu'après une série de piles, le hasard « compense » en donnant plus de faces ; l'équilibrage ne se fait que par dilution dans un très grand nombre de lancers.