Corrigé des 33 exercices de simulation et échantillonnage en seconde à télécharger en PDF

Simulation et échantillonnage – Corrigé d'exercices de maths niveau Seconde sur Maths-pdf.fr Couverture : Cahier d'exercices corrigés de maths 2de en PDF Télécharger en PDF Le livre d'exercices corrigés en 2de PDF à imprimer Voir le livre ›


Sommaire

Toutefois, ce corrigé exercices échantillonnage seconde couvre maintenant toute la fiche : les 33 exercices sont résolus en détail. Ensuite, les dix premiers installent les outils du chapitre : simuler une expérience aléatoire avec ALEA() ou =ENT(ALEA()+p), écrire un petit algorithme de simulation, observer la fluctuation d’échantillonnage et calculer un intervalle de fluctuation au seuil de 95 %. Puis la suite passe à la prise de décision dans des situations réelles : visiteurs du Louvre, pièces d’une chaîne de production, clients d’un fournisseur d’électricité. De plus, on y cherche aussi la taille minimale d’un échantillon pour obtenir un intervalle assez étroit, on étudie un algorithme avec une boucle Tant que, puis on complète et on interprète des fonctions Python qui simulent des lancers de pièce ou de dé.

Donc, les derniers exercices, plus ouverts, mènent jusqu’à l’intervalle de confiance et à des problèmes de synthèse (sondage électoral, fabrication de flacons). Chaque calcul a été vérifié et les simulations sont données à titre d’exemple, puisque le hasard change le résultat à chaque essai. Ensuite, cette solution sert aux élèves de seconde qui révisent un contrôle, aux parents qui suivent le travail et aux enseignants. Conseil : cherche d’abord au brouillon, puis compare ta démarche avec la rédaction proposée. Par ailleurs, le sommaire mène directement à l’exercice voulu.

corrigé échantillonnage seconde (suite)

Les énoncés se trouvent sur la fiche Simulation et échantillonnage : exercices de maths en 2de corrigés en PDF.. Puis cherchez d’abord chaque exercice au brouillon, puis comparez avec la correction.

Corrigé des exercices 1 à 10 sur la simulation et l’échantillonnage en seconde

Exercice 1 : Composants électroniques et fréquence

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Énoncé de l'exercice 1 : Composants électroniques et fréquence

De même, Au programme de seconde, pour une proportion \( p \) et un échantillon de taille \( n \), l’intervalle de fluctuation au seuil de 95 % est :

\[ I = \left[ p – \frac{1}{\sqrt{n}} \,;\, p + \frac{1}{\sqrt{n}} \right] \]

Sa longueur vaut donc \( \left(p + \frac{1}{\sqrt{n}}\right) – \left(p – \frac{1}{\sqrt{n}}\right) = \frac{2}{\sqrt{n}} \) : elle ne dépend que de \( n \).

a) Pour \( n = 1600 \) :

\[ \begin{aligned} \sqrt{1600} &= 40 \\ \frac{2}{\sqrt{1600}} &= \frac{2}{40} = 0{,}05 \end{aligned} \]

Avec \( p = 0{,}04 \), on obtient \( I = [0{,}04 – 0{,}025 \,;\, 0{,}04 + 0{,}025] = [0{,}015 \,;\, 0{,}065] \). Ensuite, la longueur de I est 0,05.

b) On cherche \( n \) tel que la longueur soit \( \frac{0{,}05}{2} = 0{,}025 \) :

\[ \begin{aligned} \frac{2}{\sqrt{n}} &= 0{,}025 \\ \sqrt{n} &= \frac{2}{0{,}025} = 80 \\ n &= 80^2 = 6400 \end{aligned} \]

Pour diviser la longueur par 2, il faut multiplier \( \sqrt{n} \) par 2, donc multiplier la taille de l’échantillon par 4.

Réponse : a) la longueur de I est 0,05 ; b) elle est deux fois plus petite pour n = 6 400.

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Exercice 2 : Lancer de dé et fréquence d’obtention (corrigé échantillonnage seconde)

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Énoncé de l'exercice 2 sur la simulation et l’échantillonnage en seconde : Lancer de dé et fréquence d’obtention

a) Un numéro supérieur ou égal à 5, c’est 5 ou 6 : 2 issues sur 6, donc une probabilité de \( \frac{2}{6} = \frac{1}{3} \). Algorithme en langage naturel :

S ← 0
Pour i allant de 1 à 50
    D ← nombre entier aléatoire entre 1 et 6
    Si D ≥ 5 alors S ← S + 1
Fin Pour
F ← S / 50
Afficher F

Notamment, la variable S compte les succès (5 ou 6) ; la fréquence est le nombre de succès divisé par le nombre de lancers.

b) Traduction en Python :

from random import randint
S = 0
for i in range(50):
    D = randint(1, 6)
    if D >= 5:
        S = S + 1
print(S / 50)

Lors d’une exécution, on a obtenu 17 lancers donnant 5 ou 6, soit une fréquence de \( \frac{17}{50} = 0{,}34 \). Puis le résultat change à chaque exécution : c’est la fluctuation d’échantillonnage. De plus, les fréquences affichées sont en général proches de \( \frac{1}{3} \approx 0{,}33 \) : dans environ 95 % des cas, elles se situent entre \( \frac{1}{3} – \frac{1}{\sqrt{50}} \approx 0{,}19 \) et \( \frac{1}{3} + \frac{1}{\sqrt{50}} \approx 0{,}47 \).

Réponse : la fréquence affichée varie d’une exécution à l’autre (par exemple 0,34) ; elle est le plus souvent proche de 1/3.

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Exercice 3 : Champ de fleurs et algorithme pour simuler un échantillon

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Énoncé de l'exercice 3 sur la simulation et l’échantillonnage en seconde : Champ de fleurs et algorithme pour simuler un échantillon – corrigé échantillonnage seconde

a) On modélise la cueillette d’une fleur par un nombre aléatoire \( x \) de \( [0 \,;\, 1[ \) : si \( x \lt 0{,}6 \), la fleur est bleue (cela arrive avec une probabilité 0,6), sinon elle est jaune.

B ← 0
Pour i allant de 1 à 45
    x ← nombre aléatoire de [0 ; 1[
    Si x < 0,6 alors B ← B + 1
Fin Pour
Afficher B / 45

En Python : from random import random puis une boucle for i in range(45) dans laquelle on ajoute 1 à B lorsque random() < 0.6 ; on affiche enfin B / 45.

b) Il suffit de remplacer 45 par une variable n saisie par l’utilisateur :

Saisir n
B ← 0
Pour i allant de 1 à n
    x ← nombre aléatoire de [0 ; 1[
    Si x < 0,6 alors B ← B + 1
Fin Pour
Afficher B / n

En Python : n = int(input(« Taille de l’échantillon : « )), puis for i in range(n) et print(B / n).

Réponse : on compte les nombres aléatoires inférieurs à 0,6 (fleurs bleues) et on divise par la taille de l’échantillon, qui devient une variable n saisie en b).

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Exercice 4 : Formule de tableur et intervalle (corrigé échantillonnage seconde)

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Énoncé de l'exercice 4 : Formule de tableur et intervalle

Ainsi, la fonction ALEA() renvoie un nombre aléatoire de l’intervalle \( [0 \,;\, 1[ \) : 0 peut sortir, 1 jamais.

a) =ALEA() affiche un nombre de \( [0 \,;\, 1[ \).

b) Si \( 0 \leqslant x \lt 1 \), alors \( 0 + 0{,}65 \leqslant x + 0{,}65 \lt 1 + 0{,}65 \), donc =ALEA()+0,65 affiche un nombre de \( [0{,}65 \,;\, 1{,}65[ \).

c) \( \frac{1}{4} = 0{,}25 \), donc =ALEA()+1/4 affiche un nombre de \( [0{,}25 \,;\, 1{,}25[ \).

00,511,5a) ALEA() : [0 ; 1[b) ALEA()+0,65 : [0,65 ; 1,65[c) ALEA()+1/4 : [0,25 ; 1,25[
Les valeurs possibles pour chacune des trois formules (la borne de droite est exclue).
Réponse : a) [0 ; 1[ ; b) [0,65 ; 1,65[ ; c) [0,25 ; 1,25[.

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Exercice 5 : Tableur et probabilité

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Énoncé de l'exercice 5 sur la simulation et l’échantillonnage en seconde : Tableur et probabilité – corrigé échantillonnage seconde

Notamment, ENT donne la partie entière. Si \( x = \text{ALEA()} \) est dans \( [0 \,;\, 1[ \) et \( a \) dans \( ]0 \,;\, 1[ \), alors \( x + a \) est dans \( [a \,;\, 1 + a[ \), donc ENT(\( x + a \)) vaut 0 ou 1. Ensuite, il vaut 1 lorsque \( x + a \geqslant 1 \), c’est-à-dire \( x \geqslant 1 – a \). Comme ALEA() est uniforme sur \( [0 \,;\, 1[ \), la probabilité que \( x \geqslant 1 – a \) est la longueur de \( [1 – a \,;\, 1[ \), soit \( a \).

a) =ENT(ALEA()+0,5) : \( P(1) = 0{,}5 \) et \( P(0) = 1 – 0{,}5 = 0{,}5 \).

b) =ENT(ALEA()+0,27) : le résultat vaut 1 si ALEA() \( \geqslant 0{,}73 \). \( P(1) = 0{,}27 \) et \( P(0) = 0{,}73 \).

Également, c) =ENT(ALEA()+4/7) : \( P(1) = \frac{4}{7} \) et \( P(0) = 1 – \frac{4}{7} = \frac{3}{7} \).

Réponse : a) P(1) = 0,5 et P(0) = 0,5 ; b) P(1) = 0,27 et P(0) = 0,73 ; c) P(1) = 4/7 et P(0) = 3/7.

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Exercice 6 : Sac de haricots et tableur pour simuler un échantillon (corrigé échantillonnage seconde)

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Énoncé de l'exercice 6 sur la simulation et l’échantillonnage en seconde : Sac de haricots et tableur pour simuler un échantillon

a) ALEA() est dans \( [0 \,;\, 1[ \), donc ALEA()+0,6 est dans \( [0{,}6 \,;\, 1{,}6[ \) et =ENT(ALEA()+0,6) vaut 0 ou 1. Par ailleurs, il vaut 1 quand ALEA() \( \geqslant 0{,}4 \), ce qui arrive avec une probabilité \( 1 – 0{,}4 = 0{,}6 \). Puis on associe donc 1 à un haricot blanc (probabilité 0,6) et 0 à un haricot rouge (probabilité 0,4) : chaque cellule simule un tirage avec remise.

b) On saisit =ENT(ALEA()+0,6) en A1 et on recopie la formule jusqu’en A38 ; en B1, =SOMME(A1:A38) compte les haricots blancs. Donc, lors d’une simulation, on a obtenu :

0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0

soit 26 haricots blancs sur 38.

c) La fréquence des haricots blancs dans cet échantillon est :

\[ f = \frac{26}{38} = \frac{13}{19} \approx 0{,}68 \]

Elle n’est pas égale à 0,6 car l’échantillon est tiré au hasard : la composition change d’un échantillon à l’autre. Par exemple, C’est la fluctuation d’échantillonnage. 0,6 est la proportion dans le sac ; la fréquence observée s’en approche seulement, d’autant mieux que l’échantillon est grand.

Réponse : 1 code un haricot blanc (probabilité 0,6) ; dans notre simulation f = 26/38 ≈ 0,68, différent de 0,6 à cause de la fluctuation d’échantillonnage.

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Exercice 7 : Une boîte de perles et fréquence de cet échantillon

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Énoncé de l'exercice 7 : Une boîte de perles et fréquence de cet échantillon

a) Avec la commande « nombre aléatoire » (NbrAléat, Ran# ou rand selon la calculatrice), on obtient un nombre de \( [0 \,;\, 1[ \). Ensuite, on convient qu’un nombre inférieur à 0,75 représente une perle dorée (probabilité 0,75) et un nombre supérieur ou égal à 0,75 une perle argentée. Puis on peut aussi saisir ent(NbrAléat + 0,75), qui renvoie 1 pour une perle dorée et 0 pour une perle argentée, puis appuyer 45 fois sur Entrée. Enfin, de plus, une simulation a donné :

1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0

soit 31 perles dorées et 14 perles argentées.

b) Fréquence des perles dorées dans ce collier :

\[ f = \frac{31}{45} \approx 0{,}69 \]

Alors, cette fréquence n’est pas nécessairement égale à 0,75 : le collier n’est qu’un échantillon tiré au hasard, sa composition fluctue d’un collier à l’autre. Au seuil de 95 %, les fréquences se situent en général entre \( 0{,}75 – \frac{1}{\sqrt{45}} \approx 0{,}60 \) et \( 0{,}75 + \frac{1}{\sqrt{45}} \approx 0{,}90 \) ; 0,69 est bien dans cet intervalle.

Réponse : dans notre simulation, 31 perles dorées sur 45, soit f ≈ 0,69 ; l’écart avec 0,75 vient de la fluctuation d’échantillonnage.

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Exercice 8 : Montures de lunettes et intervalle de fluctuation (corrigé échantillonnage seconde)

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Énoncé de l'exercice 8 sur la simulation et l’échantillonnage en seconde : Montures de lunettes et intervalle de fluctuation

Il y a \( 200 \) échantillons (on vérifie : la somme des effectifs N vaut 200). Ensuite, il faut un intervalle centré en 0,38 qui contient au moins 95 % des échantillons, soit au moins \( 0{,}95 \times 200 = 190 \) échantillons. Par ailleurs, on élargit l’intervalle pas à pas de 0,02 de chaque côté :

Intervalle Nombre d’échantillons Pourcentage
[0,36 ; 0,40] 19 + 22 + 15 = 56 28 %
[0,34 ; 0,42] 56 + 13 + 19 = 88 44 %
[0,32 ; 0,44] 88 + 16 + 21 = 125 62,5 %
[0,30 ; 0,46] 125 + 20 + 10 = 155 77,5 %
[0,28 ; 0,48] 155 + 14 + 8 = 177 88,5 %
[0,26 ; 0,50] 177 + 7 + 7 = 191 95,5 %

En outre, l’intervalle \( [0{,}28 \,;\, 0{,}48] \) ne contient que 88,5 % des échantillons ; \( [0{,}26 \,;\, 0{,}50] \) en contient 191, soit \( \frac{191}{200} = 95{,}5\ \% \geqslant 95\ \% \).

0510152025N0,20,220,240,260,280,30,320,340,360,380,40,420,440,460,480,50,520,54p = 0,38[0,26 ; 0,50] : 191 échantillons sur 200 (95,5 %)
Les barres rouges forment l’intervalle centré sur 0,38 qui contient au moins 95 % des échantillons.

On peut comparer avec la formule du cours : \( \left[0{,}38 – \frac{1}{\sqrt{50}} \,;\, 0{,}38 + \frac{1}{\sqrt{50}}\right] \approx [0{,}24 \,;\, 0{,}52] \), un intervalle voisin.

Réponse : l’intervalle de fluctuation au seuil de 95 % centré en 0,38 est [0,26 ; 0,50].

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Exercice 9 : Des céréales et des lentilles avec intervalles de fluctuation

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Énoncé de l'exercice 9 sur la simulation et l’échantillonnage en seconde : Des céréales et des lentilles avec intervalles de fluctuation – corrigé échantillonnage seconde

La formule du cours \( \left[ p – \frac{1}{\sqrt{n}} \,;\, p + \frac{1}{\sqrt{n}} \right] \) s’applique lorsque \( n \geqslant 25 \) et \( 0{,}2 \leqslant p \leqslant 0{,}8 \).

Alors, a) Ici \( n = 100 \geqslant 25 \) et \( \frac{1}{\sqrt{100}} = \frac{1}{10} = 0{,}1 \).

Blé : \( p = 0{,}58 \), qui est bien entre 0,2 et 0,8 :

\[ I_{\text{blé}} = [0{,}58 – 0{,}1 \,;\, 0{,}58 + 0{,}1] = [0{,}48 \,;\, 0{,}68] \]

Épeautre : \( p = 0{,}22 \), qui est bien entre 0,2 et 0,8 :

\[ I_{\text{épeautre}} = [0{,}22 – 0{,}1 \,;\, 0{,}22 + 0{,}1] = [0{,}12 \,;\, 0{,}32] \]

Également, b) Pour le riz rouge et pour les lentilles, \( p = 0{,}1 \). Or \( 0{,}1 \lt 0{,}2 \) : la condition \( 0{,}2 \leqslant p \leqslant 0{,}8 \) n’est pas remplie, donc la formule du cours ne peut pas être utilisée. (Elle donnerait d’ailleurs \( [0 \,;\, 0{,}2] \), un intervalle trop large, dont la borne inférieure 0 n’a guère de sens.)

Réponse : a) blé [0,48 ; 0,68] et épeautre [0,12 ; 0,32] ; b) p = 0,1 est inférieur à 0,2, la formule du cours ne s’applique pas.

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Exercice 10 : Déformation du crâne et proportions (corrigé échantillonnage seconde)

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Énoncé de l'exercice 10 : Déformation du crâne et proportions

La fréquence observée de bébés présentant une déformation du crâne est :

\[ f = \frac{205}{440} \approx 0{,}466 \]

Avec \( n = 440 \), on a \( \frac{1}{\sqrt{440}} \approx 0{,}048 \). Règle de décision : si \( f \) n’appartient pas à l’intervalle de fluctuation au seuil de 95 % associé à la proportion \( p \), on rejette \( p \) (avec un risque d’erreur de 5 %) ; sinon on ne la rejette pas.

a) \( p = 0{,}5 \) : \( I = [0{,}5 – 0{,}048 \,;\, 0{,}5 + 0{,}048] \approx [0{,}452 \,;\, 0{,}548] \). De même, comme \( 0{,}452 \lt 0{,}466 \lt 0{,}548 \), \( f \in I \) : l’étude n’amène pas à rejeter la proportion de 50 %.

b) \( p = 0{,}61 \) : \( I \approx [0{,}562 \,;\, 0{,}658] \). Comme \( 0{,}466 \lt 0{,}562 \), \( f \notin I \) : l’étude amène à rejeter la proportion de 61 %.

c) \( p = 0{,}03 \) : ici \( p \lt 0{,}2 \), la formule n’est pas applicable. Puis on raisonne avec l’intervalle de confiance au niveau 95 % de la proportion, donné par la fréquence observée :

\[ \left[ f – \frac{1}{\sqrt{n}} \,;\, f + \frac{1}{\sqrt{n}} \right] \approx [0{,}418 \,;\, 0{,}514] \]

Également, 0,03 est très loin de cet intervalle : 3 % est incompatible avec 205 cas sur 440 (on attendrait environ \( 0{,}03 \times 440 \approx 13 \) bébés). L’étude amène à rejeter la proportion de 3 %.

00,10,20,30,40,50,60,7f ≈ 0,466p = 0,5 : [0,452 ; 0,548]p = 0,61 : [0,562 ; 0,658]p = 0,03
La fréquence observée (rouge) est dans l intervalle associé à 0,5 mais pas dans celui associé à 0,61.
Réponse : a) on ne rejette pas 50 % ; b) on rejette 61 % ; c) on rejette 3 %.

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Corrigé des exercices 11 à 20 sur la simulation et l’échantillonnage en seconde

Exercice 11 : Accès au musée du Louvre et échantillon constitué (corrigé échantillonnage seconde)

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Énoncé de l'exercice 11 sur la simulation et l’échantillonnage en seconde : Accès au musée du Louvre et échantillon constitué – corrigé échantillonnage seconde

En effet, la proportion annoncée de visiteurs français est \( p = 0{,}59 \) et la fréquence observée dans l’échantillon est \( f = 0{,}67 \). Ensuite, on a bien \( 0{,}2 \leqslant p \leqslant 0{,}8 \), et dans les deux cas \( n \geqslant 25 \) : on peut utiliser l’intervalle de fluctuation au seuil de 95 % \( \left[ p – \frac{1}{\sqrt{n}} \,;\, p + \frac{1}{\sqrt{n}} \right] \).

a) Pour \( n = 50 \) : \( \frac{1}{\sqrt{50}} \approx 0{,}141 \), donc

\[ I_{50} \approx [0{,}59 – 0{,}141 \,;\, 0{,}59 + 0{,}141] = [0{,}449 \,;\, 0{,}731] \]

Comme \( 0{,}449 \lt 0{,}67 \lt 0{,}731 \), la fréquence observée appartient à l’intervalle. Puis on ne peut pas rejeter l’hypothèse \( p = 0{,}59 \) : avec seulement 50 visiteurs, l’écart entre 67 % et 59 % peut s’expliquer par la fluctuation d’échantillonnage. De plus, on ne peut donc pas conclure que l’exposition a modifié la proportion de visiteurs français.

b) Pour \( n = 500 \) : \( \frac{1}{\sqrt{500}} \approx 0{,}045 \), donc

\[ I_{500} \approx [0{,}59 – 0{,}045 \,;\, 0{,}59 + 0{,}045] = [0{,}545 \,;\, 0{,}635] \]

Comme \( 0{,}67 \gt 0{,}635 \), la fréquence observée n’appartient pas à l’intervalle. Ensuite, on rejette l’hypothèse \( p = 0{,}59 \), avec un risque d’erreur de 5 % : l’exposition semble avoir augmenté la proportion de visiteurs français les jours de gratuité.

Ainsi, le même pourcentage de 67 % conduit à deux conclusions différentes : plus l’échantillon est grand, plus l’intervalle est étroit, et plus un écart devient significatif.

Réponse : a) f = 0,67 est dans [0,449 ; 0,731] : on ne peut rien conclure ; b) f = 0,67 est hors de [0,545 ; 0,635] : on rejette 59 %, l’exposition a probablement augmenté la part de visiteurs français.

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Exercice 12 : Association des consommateurs et intervalle de fluctuation

Revoir l’énoncé de l’exercice 12

Énoncé de l'exercice 12 sur la simulation et l’échantillonnage en seconde : Association des consommateurs et intervalle de fluctuation

L’intervalle du cours est \( I = \left[ p – \frac{1}{\sqrt{n}} \,;\, p + \frac{1}{\sqrt{n}} \right] \) : sa longueur vaut \( \frac{2}{\sqrt{n}} \), elle ne dépend que de \( n \).

a) Pour \( n = 400 \) : \( \sqrt{400} = 20 \), donc la longueur de I est \( \frac{2}{20} = \mathbf{0{,}1} \).

b) On cherche le plus petit entier \( n \) tel que \( \frac{2}{\sqrt{n}} \lt L \), c’est-à-dire \( \sqrt{n} \gt \frac{2}{L} \), soit \( n \gt \frac{4}{L^2} \).

  • Longueur inférieure à 0,06 : \( n \gt \frac{4}{0{,}06^2} = \frac{4}{0{,}0036} \approx 1111{,}1 \), donc n = 1 112 (vérification : \( \frac{2}{\sqrt{1111}} \approx 0{,}060003 \) est encore trop grand, \( \frac{2}{\sqrt{1112}} \approx 0{,}05998 \) convient).
  • Longueur inférieure à 0,03 : \( n \gt \frac{4}{0{,}03^2} = \frac{4}{0{,}0009} \approx 4444{,}4 \), donc n = 4 445.

Par exemple, remarque : ici \( p = 0{,}97 \gt 0{,}8 \), la condition d’utilisation de la formule n’est pas remplie (pour \( n = 400 \), la borne \( 0{,}97 + 0{,}05 = 1{,}02 \) dépasse même 1). Par ailleurs, l’exercice porte seulement sur la longueur \( \frac{2}{\sqrt{n}} \) de l’intervalle, qui se calcule de la même façon.

Réponse : a) la longueur de I est 0,1 ; b) n = 1 112 pour une longueur inférieure à 0,06 et n = 4 445 pour une longueur inférieure à 0,03.

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Exercice 13 : Responsable d'une plateforme de VTC et fluctuation (corrigé échantillonnage seconde)

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Énoncé de l'exercice 13 : Responsable d'une plateforme de VTC et fluctuation

Avec \( p = 0{,}35 \) (bien compris entre 0,2 et 0,8), l’intervalle de fluctuation au seuil de 95 % est \( \left[ 0{,}35 – \frac{1}{\sqrt{n}} \,;\, 0{,}35 + \frac{1}{\sqrt{n}} \right] \), de longueur \( \frac{2}{\sqrt{n}} \). Puis on résout :

\[ \begin{aligned} \frac{2}{\sqrt{n}} &\lt 0{,}06 \\ \sqrt{n} &\gt \frac{2}{0{,}06} \approx 33{,}33 \\ n &\gt \frac{4}{0{,}0036} \approx 1111{,}1 \end{aligned} \]

Ensuite, le plus petit entier qui convient est 1 112 : pour \( n = 1111 \), la longueur vaut environ 0,060003, encore supérieure à 0,06 ; pour \( n = 1112 \), elle vaut environ 0,05998.

Réponse : il faut interroger au moins n = 1 112 habitants.

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Exercice 14 : Algorithme et programmation

Revoir l’énoncé de l’exercice 14

Énoncé de l'exercice 14 sur la simulation et l’échantillonnage en seconde : Algorithme et programmation

L’algorithme part de \( n = 1 \) et \( M = \frac{2}{\sqrt{1}} = 2 \), puis augmente \( n \) de 1 tant que \( M = \frac{2}{\sqrt{n}} \) est strictement supérieur à L.

a) Avec \( L = 0{,}06 \) : \( \frac{2}{\sqrt{n}} \) diminue quand \( n \) augmente. Ensuite, la boucle s’arrête au premier \( n \) pour lequel \( \frac{2}{\sqrt{n}} \leqslant 0{,}06 \), c’est-à-dire \( n \geqslant \frac{4}{0{,}06^2} \approx 1111{,}1 \).

  • Ensuite, pour \( n = 1111 \) : \( M \approx 0{,}060003 \gt 0{,}06 \), la boucle continue.
  • Pour \( n = 1112 \) : \( M \approx 0{,}05998 \leqslant 0{,}06 \), la boucle s’arrête.

L’algorithme affiche 1 112.

b) \( \frac{2}{\sqrt{n}} \) est la longueur de l’intervalle de fluctuation au seuil de 95 % pour un échantillon de taille \( n \). Puis l’algorithme donne donc la plus petite taille d’échantillon n pour laquelle cette longueur est inférieure ou égale à L.

Enfin, c) Marion a raison. Pour \( L \gt 0 \) :

\[ \frac{2}{\sqrt{n}} \leqslant L \iff \sqrt{n} \geqslant \frac{2}{L} \iff n \geqslant \frac{4}{L^2} \]

Le résultat est donc le plus petit entier supérieur ou égal à \( \frac{4}{L^2} \), qu’on obtient directement :

Saisir L
A ← 4 / L²
n ← ENT(A)
Si n < A alors n ← n + 1
Afficher n

En Python (même programme sur une calculatrice programmable) :

from math import ceil
L = float(input(« L = « ))
print(ceil(4 / L**2))

Avec \( L = 0{,}1 \) : \( \frac{4}{0{,}1^2} = \frac{4}{0{,}01} = 400 \), qui est entier, donc l’algorithme affiche 400 (on vérifie : \( \frac{2}{\sqrt{400}} = \frac{2}{20} = 0{,}1 \leqslant 0{,}1 \)). De plus, le test « Si n < A » évite d’ajouter 1 lorsque \( \frac{4}{L^2} \) est un entier. Ainsi, Avec \( L = 0{,}06 \), on retrouve bien 1 112.

Réponse : a) l’algorithme affiche 1 112 ; b) il donne la plus petite taille n pour laquelle la longueur 2/√n de l’intervalle de fluctuation est inférieure ou égale à L ; c) oui, n est le plus petit entier supérieur ou égal à 4/L², soit 400 pour L = 0,1.

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Exercice 15 : Décision à l'aide d'un intervalle de fluctuation (corrigé échantillonnage seconde)

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Énoncé de l'exercice 15 sur la simulation et l’échantillonnage en seconde : Décision à l'aide d'un intervalle de fluctuation – corrigé échantillonnage seconde

Le raisonnement de Peirce suit exactement les étapes d’une prise de décision par un intervalle de fluctuation :

  • Car l’hypothèse sur la population : « la plupart des haricots de ce sac sont blancs ». C’est l’équivalent de la proportion annoncée \( p \) (ici une proportion élevée de haricots blancs).
  • L’échantillon observé : la poignée, dans laquelle seuls « quelques » haricots sont blancs. Enfin, C’est la fréquence observée \( f \), faible.
  • La comparaison : si la poignée venait de ce sac, sa fréquence de haricots blancs devrait être proche de la proportion du sac, c’est-à-dire tomber dans l’intervalle de fluctuation. Une fréquence aussi basse est trop éloignée : elle sort de cet intervalle.
  • La décision : on rejette l’hypothèse « la poignée provient de ce sac ». Le mot « probablement » traduit le risque d’erreur : une poignée très inhabituelle peut malgré tout venir de ce sac, comme on accepte un risque de 5 % au seuil de 95 %.

Comme dans la méthode du cours, on ne prouve rien avec certitude : on juge qu’un échantillon est trop différent de ce que donnerait la population supposée, et on en tire une conclusion probable.

Réponse : la proportion de haricots blancs du sac joue le rôle de p, la poignée celui de l’échantillon ; sa fréquence de haricots blancs est trop éloignée de p, donc on rejette l’hypothèse que la poignée vient du sac, avec un risque d’erreur (« probablement »).

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Exercice 16 : Formule à la calculatrice pour simuler l'expérience aléatoire

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Énoncé de l'exercice 16 : Formule à la calculatrice pour simuler l'expérience aléatoire

a) Chaque habitant interrogé a les yeux bleus avec une probabilité de 0,3. Ensuite, la commande « nombre aléatoire » de la calculatrice (NbrAléat, Ran# ou rand) renvoie un nombre de \( [0 \,;\, 1[ \). Par ailleurs, on utilise :

ent(NbrAléat + 0,3)

NbrAléat + 0,3 est dans \( [0{,}3 \,;\, 1{,}3[ \), donc la partie entière vaut 1 lorsque NbrAléat \( \geqslant 0{,}7 \), ce qui arrive avec la probabilité \( 1 – 0{,}7 = 0{,}3 \) : on code 1 = yeux bleus et 0 = yeux d’une autre couleur.

b) On saisit la formule puis on appuie 30 fois sur Entrée (ou on génère une liste de 30 valeurs). Puis une simulation a donné :

0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0

soit 9 habitants aux yeux bleus sur 30, c’est-à-dire une fréquence \( f = \frac{9}{30} = 0{,}3 \). Ensuite, une autre simulation donnera un autre résultat (7, 10, 11…) : c’est la fluctuation d’échantillonnage. Au seuil de 95 %, les fréquences se situent en général entre \( 0{,}3 – \frac{1}{\sqrt{30}} \approx 0{,}12 \) et \( 0{,}3 + \frac{1}{\sqrt{30}} \approx 0{,}48 \).

Réponse : a) ent(NbrAléat + 0,3), qui renvoie 1 (yeux bleus) avec la probabilité 0,3 ; b) par exemple 9 habitants aux yeux bleus sur 30 (f = 0,3), résultat qui varie d’une simulation à l’autre.

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Exercice 17 : Tableur et simuler une expérience aléatoire (corrigé échantillonnage seconde)

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Énoncé de l'exercice 17 sur la simulation et l’échantillonnage en seconde : Tableur et simuler une expérience aléatoire – corrigé échantillonnage seconde

Également, a) On tire un véhicule au hasard : il est de marque A avec la probabilité 0,4 et de marque B avec la probabilité 0,6. Puis dans le tableur, on peut saisir :

=SI(ALEA()<0,4; »A »; »B »)

ALEA() renvoie un nombre de \( [0 \,;\, 1[ \) ; il est inférieur à 0,4 avec la probabilité 0,4, et la cellule affiche alors A ; sinon elle affiche B (probabilité 0,6). De plus, on peut aussi utiliser =ENT(ALEA()+0,4), qui renvoie 1 (marque A) avec la probabilité 0,4 et 0 (marque B) avec la probabilité 0,6.

b) On saisit la formule en A1 et on la recopie vers le bas jusqu’en A10 : chaque cellule simule un tirage. Ensuite, une simulation a donné :

Cellule A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10
Marque B A A B B B A A B B

Cet échantillon contient 4 véhicules de marque A et 6 de marque B. Par ailleurs, la formule =NB.SI(A1:A10; »A ») compte les A. Puis une nouvelle simulation (touche F9) donne un autre échantillon : avec seulement 10 tirages, le nombre de véhicules A peut varier beaucoup autour de 4.

Réponse : a) =SI(ALEA()<0,4; »A »; »B ») (ou =ENT(ALEA()+0,4) avec 1 pour A) ; b) formule recopiée de A1 à A10, par exemple 4 véhicules A et 6 véhicules B.

Enfin, ↑ Sommaire · Énoncés de la fiche

Exercice 18 : Chaîne de production et échantillon

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Énoncé de l'exercice 18 sur la simulation et l’échantillonnage en seconde : Chaîne de production et échantillon

Proportion considérée comme normale : \( p = 0{,}37 \) ; taille de l’échantillon : \( n = 200 \). Ensuite, les conditions \( n \geqslant 25 \) et \( 0{,}2 \leqslant p \leqslant 0{,}8 \) sont remplies.

Fréquence observée des pièces avec imperfections :

\[ f = \frac{86}{200} = 0{,}43 \]

Enfin, intervalle de fluctuation au seuil de 95 %, avec \( \frac{1}{\sqrt{200}} \approx 0{,}071 \) :

\[ I \approx [0{,}37 – 0{,}071 \,;\, 0{,}37 + 0{,}071] = [0{,}299 \,;\, 0{,}441] \]

Comme \( 0{,}299 \lt 0{,}43 \lt 0{,}441 \), la fréquence observée appartient à l’intervalle (de justesse). L’écart entre 43 % et 37 % peut s’expliquer par la fluctuation d’échantillonnage : on ne rejette pas l’hypothèse \( p = 0{,}37 \).

Réponse : f = 0,43 appartient à I ≈ [0,299 ; 0,441] : au vu de cet échantillon, il n’est pas nécessaire de faire réviser la chaîne de production.

Également, ↑ Sommaire · Énoncés de la fiche

Exercice 19 : Fournisseur d'électricité et échantillon (corrigé échantillonnage seconde)

Revoir l’énoncé de l’exercice 19

Énoncé de l'exercice 19 : Fournisseur d'électricité et échantillon

Proportion visée : \( p = 0{,}75 \) ; \( n = 200 \) ; les conditions \( n \geqslant 25 \) et \( 0{,}2 \leqslant p \leqslant 0{,}8 \) sont remplies.

Fréquence observée de clients satisfaits en 2013 :

\[ f = \frac{147}{200} = 0{,}735 \]

En effet, intervalle de fluctuation au seuil de 95 % :

\[ I \approx [0{,}75 – 0{,}071 \,;\, 0{,}75 + 0{,}071] = [0{,}679 \,;\, 0{,}821] \]

Comme \( 0{,}679 \lt 0{,}735 \lt 0{,}821 \), la fréquence observée appartient à l’intervalle. Même si 73,5 % est un peu inférieur à 75 %, cet écart est compatible avec la fluctuation d’échantillonnage : on ne rejette pas l’hypothèse selon laquelle 75 % des clients sont satisfaits.

Réponse : f = 0,735 appartient à I ≈ [0,679 ; 0,821] : l’échantillon ne contredit pas l’objectif, le PDG peut le considérer comme atteint.

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Exercice 20 : Une épidémie de grippe et effectif de l'échantillon

Revoir l’énoncé de l’exercice 20

Énoncé de l'exercice 20 sur la simulation et l’échantillonnage en seconde : Une épidémie de grippe et effectif de l'échantillon

Par exemple, la longueur de l’intervalle de fluctuation du cours \( \left[ p – \frac{1}{\sqrt{n}} \,;\, p + \frac{1}{\sqrt{n}} \right] \) est \( \frac{2}{\sqrt{n}} \). Puis on veut :

\[ \begin{aligned} \frac{2}{\sqrt{n}} &\leqslant 0{,}02 \\ \sqrt{n} &\geqslant \frac{2}{0{,}02} = 100 \\ n &\geqslant 100^2 = 10\,000 \end{aligned} \]

Pour \( n = 10\,000 \), la longueur vaut exactement \( \frac{2}{100} = 0{,}02 \), ce qui convient puisque l’inégalité est large.

Remarque : ici \( p = 0{,}015 \lt 0{,}2 \), les conditions d’utilisation de la formule ne sont pas réunies ; l’intervalle obtenu, \( [0{,}005 \,;\, 0{,}025] \), reste utilisable pour estimer l’ordre de grandeur de l’effectif nécessaire. De plus, on voit qu’il faut un très grand échantillon pour étudier une petite proportion avec précision.

Réponse : l’échantillon doit compter au moins 10 000 personnes.

Ainsi, ↑ Sommaire · Énoncés de la fiche

Corrigé des exercices 21 à 30 sur la simulation et l’échantillonnage en seconde

Exercice 21 : Simuler le lancer d'une pièce avec Python

Revoir l’énoncé de l’exercice 21

Énoncé de l'exercice 21 sur la simulation et l’échantillonnage en seconde : Simuler le lancer d'une pièce avec Python – corrigé échantillonnage seconde

Figure de l'exercice 21 : fonction Python lancer() à compléter, avec une case vide après if et une case vide après le second return
Figure de l’énoncé

On importe d’abord la fonction random du module random, en première ligne du programme : from random import random. random() renvoie un nombre de \( [0 \,;\, 1[ \), qui est inférieur à 0,5 avec la probabilité 0,5.

a. La pièce est équilibrée : « pile » et « face » ont chacun la probabilité \( \frac{1}{2} \).

def lancer():
    if random() < 0.5:
        return « pile »
    else :
        return « face »

Correction de l'exercice 21 a : cases complétées en rouge par random() < 0.5 après if et par "face" après le second return
La réponse sur la figure

On pourrait aussi écrire if randint(0, 1) == 0: avec from random import randint.

Car b. On répète n fois le lancer et on compte les « pile » :

Figure de l'exercice 21 b : fonction Python frequence(n) à compléter, avec des cases vides après for, après lancer()== et après nbr_pile=
Figure de l’énoncé

def frequence(n) :
    nbr_pile=0
    for i in range(n) :
        if lancer()== »pile » :
            nbr_pile=nbr_pile+1
    return nbr_pile/n

Correction de l'exercice 21 b : cases complétées en rouge par i in range(n), "pile" et nbr_pile+1 – corrigé échantillonnage seconde
La réponse sur la figure

range(n) fait prendre à i les n valeurs 0, 1, …, n − 1 : la boucle est donc exécutée n fois. Ensuite, la variable nbr_pile est un compteur augmenté de 1 à chaque « pile », et la fonction renvoie la fréquence nbr_pile / n, qui fluctue autour de 0,5.

Réponse : a) if random() < 0.5 : … return « face » ; b) for i in range(n) : if lancer()== »pile » : nbr_pile=nbr_pile+1.

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Exercice 22 : Fréquence d'une expérience et Python (corrigé échantillonnage seconde)

Revoir l’énoncé de l’exercice 22

Énoncé de l'exercice 22 sur la simulation et l’échantillonnage en seconde : Fréquence d'une expérience et Python

Enfin, la fonction étudiée est :

def frequence(n) :
    compteur=0
    for k in range (1,n+1) :
        if random()<=0.34 :
            compteur=compteur+1
    return compteur/n

a. À chaque passage dans la boucle, random() renvoie un nombre au hasard dans \( [0 \,;\, 1[ \). Par ailleurs, il y a succès quand ce nombre est inférieur ou égal à 0,34 ; la probabilité de cet événement est la longueur de l’intervalle \( [0 \,;\, 0{,}34] \), soit 0,34.

b. Chaque appel frequence(1000) simule un échantillon de taille 1 000 et renvoie la fréquence de succès : on a obtenu 0,348 puis 0,361. Puis les deux résultats sont différents car les échantillons sont tirés au hasard : c’est la fluctuation d’échantillonnage. Ensuite, ils sont cependant proches de la probabilité 0,34.

Puis, on peut le vérifier avec l’intervalle de fluctuation au seuil de 95 % (\( n = 1000 \), \( \frac{1}{\sqrt{1000}} \approx 0{,}032 \)) :

\[ I \approx [0{,}34 – 0{,}032 \,;\, 0{,}34 + 0{,}032] = [0{,}308 \,;\, 0{,}372] \]

Les fréquences 0,348 et 0,361 appartiennent toutes les deux à I : ces résultats sont conformes au modèle de probabilité 0,34.

Réponse : a) la probabilité du succès est 0,34 ; b) les fréquences 0,348 et 0,361 varient d’un échantillon à l’autre (fluctuation d’échantillonnage) mais restent proches de 0,34, dans l’intervalle [0,308 ; 0,372].

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Exercice 23 : Lancer d'un dé cubique équilibré

Revoir l’énoncé de l’exercice 23

Énoncé de l'exercice 23 : Lancer d'un dé cubique équilibré

Figure de l'exercice 23 : tableau à compléter avec les tailles d'échantillon 100, 200, 400, 600, 800 et 1 000 et une colonne vide pour la fréquence observée de la face 3
Figure de l’énoncé

En effet, 1. Le lancer d’un dé équilibré donne un entier au hasard entre 1 et 6, chaque face ayant la même chance de sortir. Puis dans la cellule A1, on saisit :

=ALEA.ENTRE.BORNES(1;6)

(On peut aussi écrire =ENT(6*ALEA())+1 : \( 6 \times \text{ALEA()} \) est dans \( [0 \,;\, 6[ \), sa partie entière vaut 0, 1, …, 5, et on ajoute 1.)

2. a. On recopie la formule vers le bas, de A1 jusqu’à A100 : chaque cellule simule un lancer, on obtient un échantillon de taille 100.

b. La fréquence de la face 3 est le nombre de 3 divisé par le nombre de lancers. De plus, dans A101 :

=NB.SI(A1:A100;3)/100

3. On fait de même dans les autres colonnes : B1 à B200 puis =NB.SI(B1:B200;3)/200 en B201, C1 à C400 puis =NB.SI(C1:C400;3)/400 en C401, et ainsi de suite jusqu’à F1 à F1000 et =NB.SI(F1:F1000;3)/1000 en F1001.

Par ailleurs, les valeurs changent à chaque recalcul (touche F9). Voici les résultats d’une simulation :

Correction de l'exercice 23 : tableau complété en rouge avec les fréquences de la face 3 obtenues lors d'une simulation, 0,14 pour 100 lancers, 0,165 pour 200, 0,1625 pour 400, 0,18 pour 600, 0,1625 pour 800 et 0,16 pour 1 000 – corrigé échantillonnage seconde
La réponse sur la figure

4. Les fréquences observées sont toutes proches de 0,17, et elles s’écartent de moins en moins de cette valeur quand la taille \( n \) augmente : c’est la fluctuation d’échantillonnage, qui diminue lorsque l’échantillon grandit.

On pouvait le prévoir : le dé est équilibré, donc la probabilité d’obtenir 3 est

\[ p = \frac{1}{6} \approx 0{,}167. \]

Pour de grands échantillons, la fréquence observée se rapproche de la probabilité (c’est la loi des grands nombres).

Réponse : A1 contient =ALEA.ENTRE.BORNES(1;6) et A101 contient =NB.SI(A1:A100;3)/100 ; les fréquences obtenues (par exemple 0,14 ; 0,165 ; 0,1625 ; 0,18 ; 0,1625 ; 0,16) se stabilisent autour de \( \frac{1}{6} \approx 0{,}167 \), ce qui était prévisible puisque le dé est équilibré.

En effet, ↑ Sommaire · Énoncés de la fiche

Exercice 24 : Rédiger une fonction en langage Python (corrigé échantillonnage seconde)

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Énoncé de l'exercice 24 sur la simulation et l’échantillonnage en seconde : Rédiger une fonction en langage Python

Figure de l'exercice 24 : tableau à compléter avec les tailles n de 100 à 1 000 et une colonne vide pour la fréquence observée de la face 6
Figure de l’énoncé

a. On compte les 6 dans une variable S (un compteur initialisé à 0), puis on divise par \( n \) :

from random import randint
def frequence6(n):
    S = 0
    for i in range(n):
        if randint(1, 6) == 6:
            S = S + 1
    return S / n

randint(1, 6) renvoie un entier au hasard entre 1 et 6 (bornes comprises) : il simule un lancer.

Alors, b. On exécute frequence6(100), frequence6(200), …, frequence6(1000). Ensuite, les résultats changent à chaque exécution ; en voici un exemple :

Correction de l'exercice 24 : tableau complété en rouge avec les fréquences de la face 6 obtenues par la fonction Python, 0,22 pour 100 lancers, 0,13 pour 200, 0,1475 pour 400, environ 0,162 pour 600, 0,16 pour 800 et 0,172 pour 1 000
La réponse sur la figure

c. Pour les petits échantillons, les fréquences varient beaucoup (0,22 puis 0,13) ; plus \( n \) est grand, plus elles se stabilisent autour de 0,17.

C’était prévisible : le dé est équilibré, la probabilité d’obtenir 6 est \( \frac{1}{6} \approx 0{,}167 \), et la fréquence observée sur un grand nombre de lancers se rapproche de cette probabilité.

Réponse : la fonction compte les 6 obtenus sur n lancers et renvoie S / n ; les fréquences fluctuent puis se rapprochent de \( \frac{1}{6} \approx 0{,}167 \) quand n augmente, ce qu’on pouvait prévoir.

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Exercice 25 : Construction d'un skate-park

Revoir l’énoncé de l’exercice 25

Énoncé de l'exercice 25 sur la simulation et l’échantillonnage en seconde : Construction d'un skate-park – corrigé échantillonnage seconde

Figure de l'exercice 25 : tableau à compléter avec les tailles d'échantillon 100 à 1 000 et une colonne vide pour la fréquence observée des habitants favorables au skate-park
Figure de l’énoncé

On modélise la réponse d’un habitant par une expérience à deux issues : favorable avec la probabilité \( p = 0{,}34 \) (proportion nationale), non favorable sinon.

a. Dans A1, on saisit =ENT(ALEA()+0,34), qui affiche 1 (habitant favorable) avec la probabilité 0,34 et 0 sinon, puis on recopie jusqu’en A100. Par ailleurs, la proportion d’habitants favorables est obtenue en A101 par :

=SOMME(A1:A100)/100

Par exemple, (La somme des 1 compte les habitants favorables.)

b. On recommence dans les colonnes B à F avec 200, 400, 600, 800 et 1 000 cellules, et on divise la somme par la taille. Exemple de résultats :

Correction de l'exercice 25 : tableau complété en rouge avec les fréquences simulées d'habitants favorables, 0,34 pour 100, 0,39 pour 200, 0,35 pour 400, 0,37 pour 600, 0,31 pour 800 et 0,358 pour 1 000 – corrigé échantillonnage seconde
La réponse sur la figure

c. Toutes les fréquences simulées restent autour de 0,34, donc nettement en dessous de 0,5 : si les habitants de la commune pensent comme l’ensemble des Français, seul environ un habitant sur trois serait favorable au skate-park. Puis ce n’est pas une majorité.

Le maire ne devrait donc pas lancer la construction sur cette seule base ; s’il veut connaître l’avis réel de sa commune, il doit faire un sondage auprès de ses habitants, la simulation ne reposant que sur la proportion nationale.

Réponse : formule =ENT(ALEA()+0,34) recopiée, puis =SOMME(A1:A100)/100 ; les fréquences se stabilisent vers 0,34, une minorité : le maire ne devrait pas construire le skate-park sans consulter davantage ses habitants.

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Exercice 26 : Fabricant de pâte à tartiner

Revoir l’énoncé de l’exercice 26

Énoncé de l'exercice 26 : Fabricant de pâte à tartiner

Figure de l'exercice 26 : tableau des fréquences observées de consommateurs satisfaits dans six échantillons de 100 personnes : 0,69 ; 0,87 ; 0,75 ; 0,85 ; 0,78 et 0,82 – corrigé échantillonnage seconde
Figure de l’énoncé

a. Les six fréquences observées vont de 0,69 à 0,87 : elles varient d’un échantillon à l’autre (fluctuation d’échantillonnage) mais restent proches de 0,8. Leur moyenne vaut

\[ \frac{0{,}69 + 0{,}87 + 0{,}75 + 0{,}85 + 0{,}78 + 0{,}82}{6} = \frac{4{,}76}{6} \approx 0{,}79. \]

Ces résultats sont donc compatibles avec une proportion de 80 % de consommateurs satisfaits : le changement de recette semble satisfaire autant que d’habitude.

Enfin, b. On calcule l’écart \( |p – f| \) avec \( p = 0{,}8 \) pour chaque échantillon :

Correction de l'exercice 26 : sous le tableau sont écrits en rouge les écarts entre 0,8 et chaque fréquence, 0,11 ; 0,07 ; 0,05 ; 0,05 ; 0,02 ; 0,02, avec non pour le premier échantillon et oui pour les cinq autres
La réponse sur la figure
  • échantillon 1 : \( |0{,}8 – 0{,}69| = 0{,}11 \gt 0{,}1 \) ;
  • échantillons 2 à 6 : \( 0{,}07 \), \( 0{,}05 \), \( 0{,}05 \), \( 0{,}02 \), \( 0{,}02 \), tous \( \leqslant 0{,}1 \).

L’écart est inférieur ou égal à 0,1 dans 5 cas sur 6, soit une proportion de

\[ \frac{5}{6} \approx 0{,}83. \]

Remarque : \( 0{,}1 = \frac{1}{\sqrt{100}} \) ; en général, pour des échantillons de taille 100, l’écart est inférieur ou égal à 0,1 dans environ 95 % des cas.

Réponse : a. les fréquences fluctuent autour de 0,8 (moyenne ≈ 0,79), ce qui est compatible avec 80 % de satisfaits ; b. l’écart est au plus 0,1 dans 5 cas sur 6, soit une proportion de \( \frac{5}{6} \approx 0{,}83 \).

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Exercice 27 : Algorithme qui simule n lancers d'une pièce

Revoir l’énoncé de l’exercice 27

Énoncé de l'exercice 27 sur la simulation et l’échantillonnage en seconde : Algorithme qui simule n lancers d'une pièce – corrigé échantillonnage seconde

Figure de l'exercice 27 : algorithme à compléter simulant n lancers d'une pièce, avec trois cases vides : après Saisir n, après Alors et après Afficher
Figure de l’énoncé

Ainsi, a. Le nombre aléatoire est un entier égal à 0 ou 1 : on convient que 1 correspond à Pile. Ensuite, il faut une variable S qui compte les Pile : on la met à 0 au départ, on lui ajoute 1 à chaque Pile, et on affiche \( \frac{S}{n} \).

Correction de l'exercice 27 : les trois cases de l'algorithme sont complétées en rouge par S ← 0, S ← S + 1 et S / n
La réponse sur la figure

b. On ajoute une boucle extérieure qui répète N fois la simulation ; S doit être remis à 0 au début de chaque échantillon :

Saisir N et n
Pour j allant de 1 à N
    S ← 0
    Pour k allant de 1 à n
        lancer ← nombre aléatoire entier entre 0 et 1
        Si lancer = 1 alors S ← S + 1
    Fin Pour
    Afficher S / n
Fin Pour

c. Ici \( p = 0{,}5 \). Puis on ajoute un second compteur C des échantillons « réussis » :

Saisir N et n
C ← 0
Pour j allant de 1 à N
    S ← 0
    Pour k allant de 1 à n
        lancer ← nombre aléatoire entier entre 0 et 1
        Si lancer = 1 alors S ← S + 1
    Fin Pour
    f ← S / n
    Si |f − 0,5| ≤ 1/√n alors C ← C + 1
Fin Pour
Afficher C / N

d. Avec \( n = 100 \), on a \( \frac{1}{\sqrt{100}} = 0{,}1 \) : on compte les échantillons dont la fréquence de Pile est comprise entre 0,4 et 0,6. En effet, lors d’un essai, 29 échantillons sur 30 vérifiaient cette condition, et l’algorithme a affiché

\[ \frac{29}{30} \approx 0{,}97. \]

Interprétation : dans la grande majorité des échantillons (environ 95 % en moyenne), la fréquence observée est à moins de \( \frac{1}{\sqrt{n}} \) de la probabilité \( p \). De plus, le résultat affiché change d’un essai à l’autre, mais reste proche de 0,95.

Réponse : cases à compléter S ← 0, S ← S + 1 et S / n ; avec N = 30 et n = 100, la proportion affichée est proche de 0,95 (par exemple 29/30 ≈ 0,97) : l’écart |f − p| est presque toujours inférieur ou égal à 1/√n.

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Exercice 28 : Quel est l'objectif de ce programme ?

Revoir l’énoncé de l’exercice 28

Énoncé de l'exercice 28 sur la simulation et l’échantillonnage en seconde : Quel est l'objectif de ce programme ?

Par ailleurs, a. La fonction lancer_dé() renvoie un entier au hasard entre 1 et 6 (randint(1,6)) : elle simule le lancer d’un dé. Ensuite, le programme l’appelle deux fois (dé1 et dé2), additionne les deux résultats et affiche la somme.

Ce programme simule le lancer de deux dés et affiche la somme des deux numéros obtenus (un entier entre 2 et 12).

b. On répète 50 fois l’expérience avec une boucle et on compte les sommes égales à 7 :

Ensuite, from random import randint
def lancer_dé():
    numéro = randint(1, 6)
    return numéro

compteur = 0
for i in range(50):
    dé1 = lancer_dé()
    dé2 = lancer_dé()
    somme = dé1 + dé2
    if somme == 7:
        compteur = compteur + 1
print(compteur / 50)

Attention : les deux dés doivent être relancés à l’intérieur de la boucle, sinon on additionnerait 50 fois la même somme. Par ailleurs, la ligne from random import randint est indispensable pour utiliser randint.

Pour information, la somme 7 s’obtient de 6 façons sur 36 : la fréquence affichée fluctue autour de \( \frac{6}{36} = \frac{1}{6} \approx 0{,}17 \).

Réponse : a. le programme simule le lancer de deux dés et affiche la somme obtenue ; b. on place les lancers dans une boucle de 50 tours, on compte les sommes égales à 7 et on affiche compteur / 50.

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Exercice 29 : Que calcule cette fonction réalisée avec Python ?

Revoir l’énoncé de l’exercice 29

Énoncé de l'exercice 29 sur la simulation et l’échantillonnage en seconde : Que calcule cette fonction réalisée avec Python ? – corrigé échantillonnage seconde

Toutefois, on suit le contenu des variables ligne par ligne (on exécute le programme « à la main ») :

Instruction a b
a=1 1 —
b=1 1 1
b=a+b 1 1 + 1 = 2
a=a-b 1 − 2 = −1 2

À l’instruction b=a+b, on utilise les valeurs actuelles de a et b (1 et 1), puis b prend la nouvelle valeur 2. À l’instruction a=a-b, b vaut déjà 2, donc a devient \( 1 – 2 = -1 \).

Réponse : le programme affiche −1.

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Exercice 30 : La cantine d'un établissement

Revoir l’énoncé de l’exercice 30

Énoncé de l'exercice 30 sur la simulation et l’échantillonnage en seconde : La cantine d'un établissement

On simule la réponse d’un élève avec un nombre aléatoire \( x \) de \( [0 \,;\, 1[ \) : si \( x \lt 0{,}68 \), l’élève est satisfait (cela arrive avec la probabilité 0,68), sinon il ne l’est pas.

Il faut deux boucles imbriquées : une pour les N échantillons, une pour les n élèves de chaque échantillon. Car algorithme en langage naturel :

Saisir N et n
Pour j allant de 1 à N
    S ← 0
    Pour i allant de 1 à n
        x ← nombre aléatoire de [0 ; 1[
        Si x < 0,68 alors S ← S + 1
    Fin Pour
    Afficher S / n
Fin Pour

Traduction en Python :

from random import random
def cantine(N, n):
    for j in range(N):
        S = 0
        for i in range(n):
            if random() < 0.68:
                S = S + 1
        print(S / n)

Le point essentiel : le compteur S est remis à 0 au début de chaque échantillon, sinon les satisfaits de tous les échantillons s’additionneraient. Chaque proportion affichée fluctue autour de 0,68.

Réponse : une boucle sur les N échantillons contenant une boucle sur les n élèves ; on compte les nombres aléatoires inférieurs à 0,68 et on affiche S / n pour chaque échantillon.

Par exemple, ↑ Sommaire · Énoncés de la fiche

Corrigé des exercices 31 à 33 sur la simulation et l’échantillonnage en seconde

Exercice 31 : Faut-il développer les voyages intergalactiques ?

Revoir l’énoncé de l’exercice 31

Énoncé de l'exercice 31 sur la simulation et l’échantillonnage en seconde : Faut-il développer les voyages intergalactiques ? – corrigé échantillonnage seconde

a. La fréquence observée des aliens favorables est

\[ f = \frac{436}{1031} \approx 0{,}4229. \]

Conditions : \( n = 1031 \geqslant 25 \) et \( 0{,}2 \leqslant f \leqslant 0{,}8 \). Car L’intervalle de confiance au seuil de 95 % est

\[ \left[ f – \frac{1}{\sqrt{n}} \,;\, f + \frac{1}{\sqrt{n}} \right] \quad \text{avec} \quad \frac{1}{\sqrt{1031}} \approx 0{,}0311. \]
\[ \begin{aligned} f – \frac{1}{\sqrt{1031}} &\approx 0{,}4229 – 0{,}0311 \approx 0{,}3917 \\ f + \frac{1}{\sqrt{1031}} &\approx 0{,}4229 + 0{,}0311 \approx 0{,}4540 \end{aligned} \]

En arrondissant la borne inférieure par défaut et la borne supérieure par excès au millième, l’intervalle de confiance est \( [0{,}391 \,;\, 0{,}455] \).

b. Avec un niveau de confiance de 95 %, la proportion d’aliens favorables dans toute la galaxie est comprise entre environ 39 % et 45,5 %. Tout l’intervalle est en dessous de 50 % : le projet serait très probablement rejeté par une majorité lors du référendum.

Réponse : a. intervalle de confiance au seuil de 95 % : [0,391 ; 0,455] ; b. la proportion de favorables est vraisemblablement inférieure à 50 % : Paul ne devrait pas développer les voyages intergalactiques (ils seraient rejetés par la majorité).

Car ↑ Sommaire · Énoncés de la fiche

Exercice 32 : Des élections et intervalle de confiance

Revoir l’énoncé de l’exercice 32

Énoncé de l'exercice 32 sur la simulation et l’échantillonnage en seconde : Des élections et intervalle de confiance

a. Ici \( f = 0{,}54 \) et \( n = 350 \). Puis les conditions \( n \geqslant 25 \) et \( 0{,}2 \leqslant f \leqslant 0{,}8 \) sont vérifiées, et \( \frac{1}{\sqrt{350}} \approx 0{,}0535 \).

\[ \begin{aligned} 0{,}54 – \frac{1}{\sqrt{350}} &\approx 0{,}4865 \\ 0{,}54 + \frac{1}{\sqrt{350}} &\approx 0{,}5935 \end{aligned} \]

L’intervalle de confiance au seuil de 95 % est environ \( [0{,}486 \,;\, 0{,}594] \).

b. Pour être élu au premier tour, il faut obtenir plus de 50 % des voix. Notamment, or l’intervalle contient des valeurs inférieures à 0,5 (de 0,486 à 0,5). Ensuite, on ne peut donc pas être sûr (au niveau de confiance 95 %) que le candidat Electron aurait été élu au premier tour : c’est possible, mais pas garanti.

c. On suppose que la fréquence observée reste 0,54. Puis il faut que la borne inférieure dépasse 0,5 :

\[ \begin{aligned} 0{,}54 – \frac{1}{\sqrt{n}} &\gt 0{,}5 \\ \frac{1}{\sqrt{n}} &\lt 0{,}04 \\ \sqrt{n} &\gt \frac{1}{0{,}04} = 25 \\ n &\gt 625 \end{aligned} \]

Pour \( n = 625 \), la borne inférieure vaut exactement \( 0{,}54 – 0{,}04 = 0{,}5 \), ce qui ne suffit pas pour une majorité stricte. De plus, il aurait donc fallu interroger au moins 626 personnes.

Réponse : a. [0,486 ; 0,594] ; b. l’intervalle contient des valeurs inférieures à 0,5, donc on ne peut pas affirmer qu’il aurait été élu au premier tour ; c. il aurait fallu interroger plus de 625 personnes, soit au moins 626 (avec une fréquence toujours égale à 0,54).

Toutefois, ↑ Sommaire · Énoncés de la fiche

Exercice 33 : Fabrication de flacons de parfums

Revoir l’énoncé de l’exercice 33

Énoncé de l'exercice 33 sur la simulation et l’échantillonnage en seconde : Fabrication de flacons de parfums – corrigé échantillonnage seconde

a. La proportion acceptable est \( p = 0{,}2 \) et l’échantillon a pour taille \( n = 150 \). Ensuite, les conditions \( n \geqslant 25 \) et \( 0{,}2 \leqslant p \leqslant 0{,}8 \) sont vérifiées, et \( \frac{1}{\sqrt{150}} \approx 0{,}0816 \).

\[ \left[ p – \frac{1}{\sqrt{n}} \,;\, p + \frac{1}{\sqrt{n}} \right] \approx [0{,}2 – 0{,}0816 \,;\, 0{,}2 + 0{,}0816] \]

L’intervalle de fluctuation au seuil de 95 % est environ \( [0{,}118 \,;\, 0{,}282] \).

Alors, b. La fréquence observée de flacons imparfaits est

\[ f = \frac{63}{150} = 0{,}42. \]

\( 0{,}42 \gt 0{,}282 \) : la fréquence observée n’appartient pas à l’intervalle de fluctuation. Par ailleurs, on rejette donc l’hypothèse « 20 % des flacons sont imparfaits », avec un risque d’erreur de 5 %. Puis la proportion de flacons imparfaits semble nettement trop élevée.

Réponse : a. intervalle de fluctuation [0,118 ; 0,282] ; b. f = 0,42 n’est pas dans l’intervalle : il faut envisager de réviser la chaîne de production.

↑ Sommaire · Énoncés de la fiche

La méthode à retenir sur la simulation et l’échantillonnage

  • En effet, ALEA() renvoie un nombre de [0 ; 1[ ; =ENT(ALEA()+p) renvoie 1 avec la probabilité p et 0 avec la probabilité 1 − p : c’est l’outil de base pour simuler une épreuve de Bernoulli.
  • Pour simuler un échantillon, une boucle répète n fois le tirage et un compteur ajoute 1 à chaque succès ; la fréquence est compteur / n.
  • L’intervalle de fluctuation au seuil de 95 % est [p − 1/√n ; p + 1/√n], valable pour n ≥ 25 et 0,2 ≤ p ≤ 0,8 ; sa longueur 2/√n est divisée par 2 quand n est multiplié par 4.
  • À partir d’une série d’échantillons, on élargit un intervalle centré sur p jusqu’à ce qu’il contienne au moins 95 % des échantillons.
  • Prise de décision : si la fréquence observée sort de l’intervalle de fluctuation, on rejette la proportion annoncée avec un risque de 5 % ; sinon, on ne la rejette pas.

Les erreurs fréquentes

  • Croire que ALEA() peut valoir 1 : l’intervalle est [0 ; 1[, la borne 1 est exclue.
  • Penser que =ENT(ALEA()+0,27) donne 1 avec la probabilité 0,73 : c’est l’inverse, P(1) = 0,27.
  • Attendre qu’une simulation redonne exactement la proportion théorique : la fluctuation d’échantillonnage est normale.
  • Oublier de vérifier les conditions n ≥ 25 et 0,2 ≤ p ≤ 0,8 avant d’appliquer la formule (exercices 9 et 10).
  • Conclure « la proportion est prouvée » quand la fréquence est dans l’intervalle : on dit seulement qu’on ne la rejette pas.

Questions fréquentes

Pourquoi ma simulation ne donne-t-elle pas le même résultat que le corrigé ?

Une simulation utilise le hasard : chaque exécution produit un échantillon différent, donc une fréquence différente. Ensuite, ce qui doit être identique, c’est l’algorithme ou la formule utilisée. Puis les fréquences obtenues doivent seulement rester, dans la grande majorité des cas, proches de la proportion théorique.

À quoi sert l’intervalle de fluctuation en seconde ?

Il indique où tombe la fréquence d’un échantillon de taille n dans au moins 95 % des cas, quand la proportion dans la population vaut p. De plus, on s’en sert pour décider si un échantillon observé est compatible avec une proportion annoncée, comme pour le fabricant de composants ou l’étude sur les bébés.

Faut-il savoir programmer en Python pour ce chapitre ?

Il faut savoir lire et écrire un petit algorithme avec une boucle Pour, un test Si et un compteur. Ensuite, en Python, cela se traduit par for, if et une variable qu’on augmente de 1. Par ailleurs, le tableur et la calculatrice permettent aussi de faire les simulations demandées.

Ce corrigé échantillonnage seconde détaille chaque étape pour vérifier ta réponse. Grâce à ce corrigé échantillonnage seconde, on retrouve vite la bonne méthode. Ensuite, ce corrigé échantillonnage seconde précise aussi le calcul à ne pas oublier. N’hésite pas à relire ce corrigé échantillonnage seconde avant de continuer. Puis ce corrigé échantillonnage seconde reste utile même après avoir terminé la fiche. De plus, ce corrigé échantillonnage seconde permet surtout de repérer une erreur de calcul.

Questions fréquentes (suite)

Pour aller plus loin :

Corrigé échantillonnage seconde : la bonne méthode

Avant tout, rédige ta propre réponse sur un brouillon. Puis contrôle tes calculs avant de passer à la suite. De cette façon, tu comprends d’où vient chaque erreur. De plus, un travail régulier sur corrigé échantillonnage seconde vaut mieux qu’une longue séance.

Par exemple, refais un exercice raté deux jours plus tard. Enfin, le programme officiel de mathématiques est détaillé sur le site Éduscol. Également, tu peux continuer avec équations et inéquations en seconde : corrigé des 52 exercices.

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