E(X)=Σxᵢpᵢ. V(X)=E(X²)−[E(X)]² (König-Huygens).
cov(X,Y)=E(XY)−E(X)E(Y). X,Y indép. → V(X+Y)=V(X)+V(Y).
f densité : f≥0, ∫f=1. P(a≤X≤b)=∫_a^b f(x)dx. F'=f.
E(X)=∫xf(x)dx. Médiane : F(m)=1/2.
Z=(X−μ)/σ~N(0,1). Règle 68-95-99,7%.
TCL : S=X₁+...+Xₙ≈N(nμ,nσ²) pour n grand.
X: P(X=0)=1/4, P(X=1)=1/2, P(X=4)=1/4. E(X), V(X), E(3X−2).
E=3/2. V=9/4. E(3X−2)=5/2.
f(x)=3x² sur [0;1]. F(x). E(X). Médiane.
F(x)=x³. E=3/4. m=2^(−1/3)≈0,794.
X~Exp(2). P(X>1). P(1<X<3). P(X>3|X>1).
e⁻²≈0,135. e⁻²−e⁻⁶≈0,133. P(X>2)=e⁻⁴≈0,018 (sans mémoire).
X~N(100;225). P(85<X<115). P(X>130). c tel que P(X<c)=0,975.
68%. 2,5%. c≈129,4.
X₁,...,X₁₀₀ i.i.d., E=2, V=4. S=ΣXᵢ. E(S), V(S). P(180<S<220) par TCL.
E=200, V=400, σ=20. P(−1<Z<1)≈68%.
X~Exp(λ) (λ>0).
10 questions
V(X)=E(X²)−[E(X)]² s'appelle
X,Y indép. → V(X+Y)=
F'(x)=
U[a;b] : E(X)=
Exp(λ) sans mémoire : P(X>s+t|X>s)=
Normale N(μ,σ²) : Z=
Règle 95% : P(μ−2σ≤X≤μ+2σ)≈
Médiane m : F(m)=
P(X=a) pour X continue=
TCL : pour n grand, S≈
On lance deux dés non pipés dont les faces sont numérotées de 1 à 6. On note X la variable aléatoire égale à la valeur absolue de la différence des deux nombres obtenus.
1. Loi de X. X prend les valeurs 0, 1, 2, 3, 4, 5 (36 issues équiprobables) : P(X=0)=6/36=1/6 ; P(X=1)=10/36=5/18 ; P(X=2)=8/36=2/9 ; P(X=3)=6/36=1/6 ; P(X=4)=4/36=1/9 ; P(X=5)=2/36=1/18.
2. Fonction de répartition. F(x)=0 si x<0 ; F(x)=1/6 si 0≤x<1 ; F(x)=4/9 si 1≤x<2 ; F(x)=2/3 si 2≤x<3 ; F(x)=5/6 si 3≤x<4 ; F(x)=17/18 si 4≤x<5 ; F(x)=1 si x≥5 (courbe en escalier).
3. E(X)=Σxᵢpᵢ=35/18≈1,94. E(X²)=35/6. V(X)=E(X²)−[E(X)]²=35/6−(35/18)²=665/324≈2,05. σ(X)=√(665/324)=√665/18≈1,43.
Une loterie consiste à lâcher une bille dans un appareil à six portes de sortie numérotées de 1 à 6, avec P(porte 1)=P(porte 6)=1/32 ; P(porte 2)=P(porte 5)=5/32 ; P(porte 3)=P(porte 4)=10/32. Un joueur mise 100 F. Il reçoit 600 F si la bille sort par la porte 1 ou 6, 200 F si elle sort par la porte 3 ou 4, rien par la porte 2 ou 5. Soit Y le gain algébrique du joueur (somme reçue moins la mise).
1. Y=500 F (portes 1 ou 6) avec P=2/32=1/16 ; Y=100 F (portes 3 ou 4) avec P=20/32=5/8 ; Y=−100 F (portes 2 ou 5) avec P=10/32=5/16 (somme des probabilités : 1).
2. E(Y)=500×1/16+100×5/8+(−100)×5/16=31,25+62,5−31,25=62,5 F. Comme E(Y)≠0, le jeu n'est pas équitable : il est favorable au joueur, qui gagne en moyenne 62,50 F par partie.
Un tireur vise une cible. La probabilité qu'il touche la cible à chaque tir est 0,7. Il tire 3 fois de suite, les tirs étant indépendants. On note X le nombre de fois où il touche la cible.
1. Les 3 tirs sont indépendants et de même probabilité de succès 0,7 : X~B(3 ; 0,7).
2. P(X=k)=C(3,k)×0,7^k×0,3^(3−k) : P(X=0)=0,027 ; P(X=1)=0,189 ; P(X=2)=0,441 ; P(X=3)=0,343 (somme=1).
3. E(X)=np=3×0,7=2,1. V(X)=np(1−p)=3×0,7×0,3=0,63. σ(X)=√0,63≈0,79.
Une urne contient 3 boules vertes, 4 boules rouges et 5 boules bleues. On tire au hasard et simultanément 2 boules de l'urne.
1a. P(2 vertes)=C(3,2)/C(12,2)=3/66=1/22.
1b. P(même couleur)=[C(3,2)+C(4,2)+C(5,2)]/66=(3+6+10)/66=19/66, donc P(couleurs différentes)=1−19/66=47/66.
2. Sur les 66 tirages : VV→X=0 (3) ; VR→X=−1 (12) ; VB→X=1 (15) ; RR→X=−2 (6) ; RB→X=0 (20) ; BB→X=2 (10). D'où P(X=−2)=6/66=1/11 ; P(X=−1)=12/66=2/11 ; P(X=0)=23/66 ; P(X=1)=15/66=5/22 ; P(X=2)=10/66=5/33.
E(X)=(−12−12+0+15+20)/66=11/66=1/6. E(X²)=(24+12+0+15+40)/66=91/66. V(X)=91/66−(1/6)²=91/66−1/36=535/396≈1,35.
On lance deux dés non pipés et on note X la somme des deux nombres obtenus.
1a. P(X=2)=1/36, P(X=3)=2/36, P(X=4)=3/36, P(X=5)=4/36, P(X=6)=5/36, P(X=7)=6/36, P(X=8)=5/36, P(X=9)=4/36, P(X=10)=3/36, P(X=11)=2/36, P(X=12)=1/36.
1b. P(X>2)=1−P(X=2)=1−1/36=35/36.
2. Soit p=35/36 ; le nombre de succès Z sur 6 répétitions suit B(6 ; 35/36).
a) P(Z=2)=C(6,2)×(35/36)²×(1/36)⁴=15×1225/36⁶=18375/2176782336≈8,4×10⁻⁶.
b) P(Z≤2)=P(Z=0)+P(Z=1)+P(Z=2)=(1+210+18375)/36⁶=18586/2176782336≈8,5×10⁻⁶. Ces valeurs infimes sont cohérentes : le succès (X>2) est presque certain à chaque épreuve (p≈0,972), donc obtenir 2 succès ou moins sur 6 est extrêmement rare.
Une urne U contient une boule portant le numéro 1 et deux boules portant le numéro 2. Une urne V contient une boule portant le numéro 4 et n boules portant le numéro 3 (n entier naturel non nul). On tire au hasard une boule de U et une boule de V, indépendamment, et on note X la somme des deux numéros obtenus.
1. P(U=1)=1/3, P(U=2)=2/3 ; P(V=4)=1/(n+1), P(V=3)=n/(n+1). X=U+V∈{4;5;6} : P(X=4)=n/[3(n+1)] ; P(X=6)=2/[3(n+1)] ; P(X=5)=(1+2n)/[3(n+1)].
2. E(X)=[4n+5(1+2n)+12]/[3(n+1)]=(14n+17)/[3(n+1)].
3. (14n+17)/[3(n+1)]=59/12 ⟺ 168n+204=177n+177 ⟺ 27=9n ⟺ n=3.
4. (14n+17)/[3(n+1)]<24/5 ⟺ 70n+85<72n+72 ⟺ 13<2n ⟺ n>6,5. E(n) étant décroissante, la plus petite valeur entière est n=7 (E(6)=101/21≈4,81>4,8 ; E(7)=115/24≈4,79<4,8).
Une urne contient n−1 boules blanches et une boule noire. On tire au hasard, successivement et sans remise, toutes les boules de l'urne. On note X le rang du tirage auquel la boule noire est obtenue (1≤X≤n).
1. Par symétrie, sur les n! tirages ordonnés équiprobables, (n−1)! placent la boule noire à un rang k donné : P(X=k)=(n−1)!/n!=1/n pour k=1,...,n. X suit la loi uniforme sur {1,...,n}.
2. E(X)=(1/n)Σk=(1/n)×n(n+1)/2=(n+1)/2. E(X²)=(1/n)Σk²=(n+1)(2n+1)/6. V(X)=(n+1)(2n+1)/6−(n+1)²/4=(n+1)[2(2n+1)−3(n+1)]/12=(n+1)(n−1)/12=(n²−1)/12. σ(X)=√[(n²−1)/12].
On lance huit fois un dé non pipé dont les faces sont numérotées de 1 à 6, et on note X le nombre de multiples de 3 obtenus (c'est-à-dire le nombre de 3 ou de 6) au cours de ces huit lancers.
1. À chaque lancer, P(multiple de 3)=2/6=1/3, indépendamment des autres lancers : X~B(8 ; 1/3). P(X=k)=C(8,k)(1/3)^k(2/3)^(8−k) : k=0→256/6561≈0,039 ; 1→1024/6561≈0,156 ; 2→1792/6561≈0,273 ; 3→1792/6561≈0,273 ; 4→1120/6561≈0,171 ; 5→448/6561≈0,068 ; 6→112/6561≈0,017 ; 7→16/6561≈0,0024 ; 8→1/6561≈0,0002.
2. E(X)=np=8/3≈2,67. V(X)=np(1−p)=8×1/3×2/3=16/9≈1,78. σ(X)=√(16/9)=4/3≈1,33.
Un bus passe à un arrêt à intervalles réguliers de 20 minutes. Un usager arrive à cet arrêt à un instant aléatoire. On note T le temps d'attente, en minutes, avant l'arrivée du prochain bus. On admet que T suit la loi uniforme sur [0 ; 20].
1. f(t)=1/20 pour t∈[0;20], f(t)=0 sinon. f≥0 et ∫₀²⁰(1/20)dt=1 : f est bien une densité.
2. P(T≤5)=5/20=1/4. P(5≤T≤15)=10/20=1/2.
3. E(T)=(0+20)/2=10 min : en moyenne, l'usager attend la moitié de l'intervalle entre deux bus. V(T)=(20−0)²/12=100/3≈33,3. σ(T)=10/√3=10√3/3≈5,77 min.
4. P(T<12|T>8)=P(8<T<12)/P(T>8)=[4/20]/[12/20]=4/12=1/3.
Soit f la fonction définie sur ℝ par f(x)=k(4−x²) si x∈[−2 ; 2], f(x)=0 sinon, où k est un réel strictement positif.
1. ∫₋₂²k(4−x²)dx=k[4x−x³/3]₋₂²=k×32/3=1, donc k=3/32.
2. Pour x∈[−2;2] : F(x)=(3/32)[4t−t³/3]₋₂ˣ=−x³/32+3x/8+1/2 (F(x)=0 si x<−2, F(x)=1 si x>2).
3. F(1)=27/32 ; F(−1)=5/32. P(−1≤X≤1)=27/32−5/32=22/32=11/16.
4. f est paire donc x·f(x) est impaire : son intégrale sur [−2;2] est nulle, d'où E(X)=0. Calcul direct : E(X)=(3/32)∫₋₂²(4x−x³)dx=0 car 4x−x³ est une fonction impaire.
5. V(X)=E(X²)=(3/32)∫₋₂²(4x²−x⁴)dx=(3/32)(64/3−64/5)=(3/32)×128/15=4/5=0,8. σ(X)=√(4/5)=2√5/5≈0,89.
Une première urne contient huit boules vertes, dont une porte le chiffre 1, trois portent le chiffre 2 et quatre portent le chiffre 4. Une deuxième urne contient six boules rouges, dont une porte le chiffre 3, deux portent le chiffre 5 et trois portent le chiffre 6.
1a. P(X=2)=3/8, P(Y=6)=3/6=1/2 (tirages indépendants) : P(X=2 et Y=6)=3/8×1/2=3/16.
1b. P(X=1)=1/8, P(X=2)=3/8, P(X=4)=1/2 ; P(Y=3)=1/6, P(Y=5)=1/3, P(Y=6)=1/2. Les couples (X,Y) tels que X+Y≥8 sont (2,6) somme 8, (4,5) somme 9, (4,6) somme 10. P(X+Y≥8)=3/16+1/6+1/4=9/48+8/48+12/48=29/48. ✓
2. Z~B(10 ; 29/48). P(Z=5)=C(10,5)×(29/48)⁵×(19/48)⁵=252×(29/48)⁵×(19/48)⁵≈0,197. E(Z)=10×29/48=145/24≈6,04.
On répète une épreuve de Bernoulli dont la probabilité de succès est p (p∈]0;1[), les répétitions étant indépendantes. On note X le nombre d'épreuves nécessaires pour obtenir le premier succès.
1. (X=k) signifie « échec aux k−1 premières épreuves, puis succès à la k-ième » : par indépendance, P(X=k)=(1−p)^(k−1)×p, pour k=1,2,3,... (loi géométrique de paramètre p).
2. Σ(k=1 à n)(1−p)^(k−1)p=p×[1−(1−p)ⁿ]/[1−(1−p)]=1−(1−p)ⁿ (somme géométrique de raison 1−p). Comme 0<1−p<1, (1−p)ⁿ→0 quand n→+∞, donc la somme tend vers 1. ✓
Soit f la fonction définie sur [0 ; +∞[ par f(x)=k·x·e⁻ˣ (et f(x)=0 pour x<0), où k est une constante réelle. On admet que ∫₀^(+∞) x e⁻ˣ dx=1, ∫₀^(+∞) x² e⁻ˣ dx=2 et ∫₀^(+∞) x³ e⁻ˣ dx=6 (obtenues par intégrations par parties successives).
1. ∫₀^(+∞) k·x·e⁻ˣ dx=k×1=1, donc k=1. f(x)=xe⁻ˣ sur [0;+∞[.
2. Par IPP, ∫xe⁻ˣdx=−(x+1)e⁻ˣ+C. P(X≤1)=[−(x+1)e⁻ˣ]₀¹=1−2e⁻¹≈0,264. P(X≥2)=[−(x+1)e⁻ˣ]₂^(+∞)=3e⁻²≈0,406.
3. E(X)=∫₀^(+∞)x·f(x)dx=∫₀^(+∞)x²e⁻ˣdx=2.
4. E(X²)=∫₀^(+∞)x²·f(x)dx=∫₀^(+∞)x³e⁻ˣdx=6. V(X)=E(X²)−[E(X)]²=6−4=2. σ(X)=√2≈1,41.
La durée de vie, en années, d'un composant électronique est modélisée par une variable aléatoire T suivant la loi exponentielle de paramètre λ=0,2.
1. f(t)=0,2 e^(−0,2t) pour t≥0. P(T<5)=F(5)=1−e^(−1)≈0,632.
2. P(T>10)=e^(−0,2×10)=e⁻²≈0,135.
3. Par la propriété d'absence de mémoire de la loi exponentielle, P(T>15|T>5)=P(T>10)=e⁻²≈0,135 : le passé n'affecte pas la probabilité de tenir 10 ans de plus.
4. E(T)=1/λ=5 ans. σ(T)=1/λ=5 ans (V(T)=1/λ²=25).
5. On veut F(t₀)≤0,05, soit 1−e^(−0,2t₀)≤0,05, donc e^(−0,2t₀)≥0,95, soit t₀≤−ln(0,95)/0,2≈0,2565 an≈3,08 mois. La plus grande durée entière en mois respectant la contrainte est t₀=3 mois (à 4 mois, F≈0,0645>5 %, la contrainte n'est plus respectée).
On considère une variable aléatoire continue X dont la fonction de répartition F est définie par : F(x)=0 si x<0 ; F(x)=x²/4 si 0≤x<2 ; F(x)=1 si x≥2.
1. F(0)=0 et F(2⁻)=4/4=1=F(2) : F est continue en 0 et en 2, croissante sur [0;2] (x↦x²/4 croissante sur ℝ₊), constante ailleurs, de limite 0 en −∞ et 1 en +∞ : F est une fonction de répartition valide.
2. f(x)=F'(x)=x/2 pour x∈]0;2[, f(x)=0 ailleurs. Vérification : ∫₀²(x/2)dx=[x²/4]₀²=1. ✓
3. P(1≤X≤1,5)=F(1,5)−F(1)=1,5²/4−1²/4=0,5625−0,25=0,3125=5/16.
4. E(X)=∫₀²x·(x/2)dx=[x³/6]₀²=8/6=4/3≈1,33. E(X²)=∫₀²x²·(x/2)dx=[x⁴/8]₀²=2. V(X)=2−(4/3)²=2−16/9=2/9≈0,22.
5. F(m)=0,5 ⟺ m²/4=0,5 ⟺ m²=2 ⟺ m=√2≈1,414 (racine positive dans [0;2]).