Corrigé des 33 exercices sur la loi binomiale en première : solutions détaillées à télécharger en PDF

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Sommaire

Ce corrigé exercices loi binomiale première couvre maintenant toute la fiche : les 33 exercices sont résolus en détail. Par ailleurs, les dix premiers installent les outils : reconnaître une épreuve de Bernoulli, compléter une loi de probabilité, calculer une espérance et dire si un jeu est favorable. Puis la suite applique ces outils à des situations concrètes : cartes de tarot et de Uno, jetons de Scrabble, roues de kermesse, dé à vingt faces aux points cumulables, biscuiterie décrite par un algorithme. Ensuite, on y apprend à dénombrer avec soin avant de dresser le tableau de la loi. Viennent ensuite les arbres (souris dans un labyrinthe, planche de Galton, qui mène à la loi binomiale), les cibles où la probabilité est proportionnelle à l’aire, un Rubik’s cube, puis des roues, une coccinelle, une fête foraine, des tableaux croisés, des tirages dans une urne et une simulation en Python.

En travaillant corrigé loi binomiale, on remarque que la difficulté augmente peu à peu, du simple comptage jusqu’aux problèmes où il faut choisir soi-même le modèle. Puis ces solutions servent aux élèves de première qui préparent un contrôle, aux parents qui accompagnent les révisions et aux enseignants qui cherchent une rédaction de référence. De plus, le bon usage : chercher chaque exercice au brouillon, en écrivant la loi sous forme de tableau et en vérifiant que la somme des probabilités vaut 1, puis comparer avec la correction. Ensuite, le sommaire permet d’aller directement à l’exercice voulu.

corrigé loi binomiale (suite)

Les énoncés se trouvent sur la fiche Loi binomiale et intervalle de fluctuation : exercices de maths en 1ère corrigés en PDF.. Par ailleurs, cherchez d’abord chaque exercice au brouillon, puis comparez avec la correction.

Corrigé des exercices 1 à 10 sur la loi binomiale et les variables aléatoires en première

Exercice 1 : Pièce truquée et probabilité

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Énoncé de l'exercice 1 sur la loi binomiale et les variables aléatoires en première : Pièce truquée et probabilité – corrigé loi binomiale

Premier problème. Soit \(G\) le gain algébrique de Sara. Pile a pour probabilité \(1 – \frac{3}{4} = \frac{1}{4}\) (gain \(+8\) €) et face \(\frac{3}{4}\) (gain \(-4\) €).

Par ailleurs :\[ E(G) = 8 \times \frac{1}{4} + (-4) \times \frac{3}{4} = 2 – 3 = -1. \]

Ainsi, En moyenne, sur un grand nombre de parties, Sara perd 1 € par partie : le jeu lui est défavorable, on ne doit pas lui conseiller de jouer.

Second problème. L’événement contraire de « au moins une fois Pile » est « quatre fois Face ». Puis les lancers sont indépendants et la pièce est équilibrée :

Également :\[ P(\text{au moins un Pile}) = 1 – \left(\frac{1}{2}\right)^4 = 1 – \frac{1}{16} = \frac{15}{16}. \]

Réponse : \(E(G) = -1\) €, jeu déconseillé ; probabilité d’au moins un Pile : \(\frac{15}{16} = 0{,}9375\).

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Exercice 2 : Une urne contenant des boules (corrigé loi binomiale)

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Énoncé de l'exercice 2 : Une urne contenant des boules

Urne. Soit \(n\) le nombre de boules noires. Ensuite, il y a \(2n\) boules rouges et \(3 \times 2n = 6n\) boules vertes, soit \(n + 2n + 6n = 9n\) boules. Puis le tirage étant au hasard (équiprobabilité) :

Par conséquent :\[ P(\text{rouge}) = \frac{2n}{9n} = \frac{2}{9}. \]

De même, Simplifications.

Ensuite :\[ \begin{aligned} 1)\ \left(\frac{1}{3}\right)^4 \times \left(\frac{2}{3}\right)^2 &= \frac{1}{81} \times \frac{4}{9} = \frac{4}{729} \\ 2)\ 14 \times \left(\frac{2}{7}\right)^2 \times \left(\frac{5}{7}\right)^3 &= \frac{14 \times 4 \times 125}{7^5} = \frac{2 \times 4 \times 125}{7^4} = \frac{1000}{2401} \\ 3)\ 1000 \times \left(\frac{1}{10}\right)^2 \times \left(\frac{9}{10}\right)^8 &= \frac{10^3 \times 9^8}{10^2 \times 10^8} = \frac{9^8}{10^7} = \frac{43\,046\,721}{10\,000\,000} = 4{,}3046721 \\ 4)\ 45 \times \left(\frac{2}{3}\right)^5 \times \left(\frac{6}{5}\right)^3 &= \frac{45 \times 2^5 \times 2^3 \times 3^3}{3^5 \times 5^3} = \frac{45 \times 2^8}{3^2 \times 5^3} = \frac{5 \times 256}{125} = \frac{256}{25} = 10{,}24 \end{aligned} \]

Réponse : \(P(\text{rouge}) = \frac{2}{9}\) ; \(\frac{4}{729}\) ; \(\frac{1000}{2401}\) ; \(\frac{9^8}{10^7} = 4{,}3046721\) ; \(\frac{256}{25}\).

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Exercice 3 : Jeu de dé cubique équilibré et expérience de Bernoulli

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Énoncé de l'exercice 3 sur la loi binomiale et les variables aléatoires en première : Jeu de dé cubique équilibré et expérience de Bernoulli – corrigé loi binomiale

1) L’expérience n’a que deux issues : le succès « obtenir 5 ou 6 » (Zehuan gagne) et l’échec « obtenir 1, 2, 3 ou 4 » (il perd). C’est donc une épreuve de Bernoulli, de paramètre \(p = P(\text{succès}) = \frac{2}{6} = \frac{1}{3}\).

De plus, 2) \(X\) prend la valeur 10 avec probabilité \(\frac{1}{3}\) et \(-4\) avec probabilité \(\frac{2}{3}\) :

\(x_i\) \(-4\) 10
\(P(X = x_i)\) \(\frac{2}{3}\) \(\frac{1}{3}\)

Par ailleurs :\[ E(X) = 10 \times \frac{1}{3} + (-4) \times \frac{2}{3} = \frac{10 – 8}{3} = \frac{2}{3} \approx 0{,}67. \]

Ainsi, En moyenne, Zehuan gagne environ 0,67 € par partie : le jeu lui est favorable.

Réponse : épreuve de Bernoulli de paramètre \(\frac{1}{3}\) ; \(E(X) = \frac{2}{3}\) €.

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Exercice 4 : Calculer des probabilités (corrigé loi binomiale)

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Énoncé de l'exercice 4 : Calculer des probabilités

L’image regroupe quatre petites questions sur des lois de probabilité.

a) Valeur de \(p\). La somme des probabilités vaut 1 : \(p + 2p + 3p = 1\), donc \(6p = 1\) et \(p = \frac{1}{6}\).

Également, b) Loi \(-2 : 0{,}1\) ; \(0 : 0{,}3\) ; \(1 : 0{,}4\) ; \(3 : 0{,}1\) ; \(6 : 0{,}1\).

Par conséquent :\[ \begin{aligned} P(X \leqslant 0) &= P(X = -2) + P(X = 0) = 0{,}1 + 0{,}3 = 0{,}4 \\ P(X \gt 3) &= P(X = 6) = 0{,}1 \\ P(X \geqslant 3) &= P(X = 3) + P(X = 6) = 0{,}2 \\ P(-2 \lt X \leqslant 3) &= P(X = 0) + P(X = 1) + P(X = 3) = 0{,}3 + 0{,}4 + 0{,}1 = 0{,}8 \end{aligned} \]

Également, c) Espérance.

Ensuite :\[ E(X) = -16 \times \frac{1}{4} + 3 \times \frac{2}{3} + 24 \times \frac{1}{12} = -4 + 2 + 2 = 0. \]

De plus, d) Valeur de \(a\) avec \(E(X) = 12\) :

Par ailleurs :\[ -4 \times 0{,}1 + 8 \times 0{,}5 + a \times 0{,}4 = 12 \iff 3{,}6 + 0{,}4a = 12 \iff 0{,}4a = 8{,}4 \iff a = 21. \]

Réponse : \(p = \frac{1}{6}\) ; 0,4 ; 0,1 ; 0,2 ; 0,8 ; \(E(X) = 0\) ; \(a = 21\).

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Exercice 5 : Loi de probabilité d’une variable aléatoire

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Énoncé de l'exercice 5 sur la loi binomiale et les variables aléatoires en première : Loi de probabilité d’une variable aléatoire – corrigé loi binomiale

On écrit l’espérance avec l’inconnue \(a\) :

Ainsi :\[ \begin{aligned} E(X) &= -5 \times 0{,}2 + (-1) \times 0{,}3 + 3 \times 0{,}1 + 7 \times 0{,}3 + a \times 0{,}1 \\ &= -1 – 0{,}3 + 0{,}3 + 2{,}1 + 0{,}1a = 1{,}1 + 0{,}1a. \end{aligned} \]

Donc :\[ E(X) = 0 \iff 0{,}1a = -1{,}1 \iff a = -11. \]

Également, Vérification : \(1{,}1 + 0{,}1 \times (-11) = 0\).

Réponse : \(a = -11\).

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Exercice 6 : Déterminer la valeur de p (corrigé loi binomiale)

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Énoncé de l'exercice 6 : Déterminer la valeur de p

La somme des probabilités d’une loi vaut 1 :

Par conséquent :\[ \frac{1}{6} + \frac{2}{5} + p = 1 \iff p = 1 – \frac{5}{30} – \frac{12}{30} = \frac{30 – 17}{30} = \frac{13}{30}. \]

En effet, On a bien \(0 \leqslant \frac{13}{30} \leqslant 1\).

Réponse : \(p = \frac{13}{30}\).

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Exercice 7 : Calculer des probabilités

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Énoncé de l'exercice 7 sur la loi binomiale et les variables aléatoires en première : Calculer des probabilités – corrigé loi binomiale

On additionne les probabilités des valeurs concernées (0 : 0,35 ; 1 : 0,25 ; 2 : 0,2 ; 4 : 0,2).

Ensuite :\[ \begin{aligned} P(X \geqslant 1) &= 0{,}25 + 0{,}2 + 0{,}2 = 0{,}65 \quad (\text{ou } 1 – P(X = 0) = 1 – 0{,}35) \\ P(1 \leqslant X \leqslant 2) &= 0{,}25 + 0{,}2 = 0{,}45 \\ P(X \lt 2) &= P(X = 0) + P(X = 1) = 0{,}35 + 0{,}25 = 0{,}6 \end{aligned} \]

Réponse : 0,65 ; 0,45 ; 0,6.

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Exercice 8 : Déterminer l’espérance de la variable aléatoire (corrigé loi binomiale)

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Énoncé de l'exercice 8 : Déterminer l’espérance de la variable aléatoire

\[ E(Y) = -12 \times \frac{1}{6} + 4 \times \frac{1}{2} + 9 \times \frac{1}{3} = -2 + 2 + 3 = 3. \]

De plus, La somme des probabilités vaut bien \(\frac{1}{6} + \frac{3}{6} + \frac{2}{6} = 1\).

Réponse : \(E(Y) = 3\).

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Exercice 9 : Un jeu de dominos

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Énoncé de l'exercice 9 sur la loi binomiale et les variables aléatoires en première : Un jeu de dominos – corrigé loi binomiale

Un jeu de dominos « double-six » contient 28 dominos : toutes les paires \(\{a\,;b\}\) avec \(0 \leqslant a \leqslant b \leqslant 6\). De plus, on tire au hasard, donc chaque domino a une probabilité \(\frac{1}{28}\). Ensuite, on compte les dominos donnant chaque somme :

  • S = 0 : 0-0 ; S = 1 : 0-1 ; S = 2 : 0-2, 1-1 ; S = 3 : 0-3, 1-2 ;
  • S = 4 : 0-4, 1-3, 2-2 ; S = 5 : 0-5, 1-4, 2-3 ; S = 6 : 0-6, 1-5, 2-4, 3-3 ;
  • S = 7 : 1-6, 2-5, 3-4 ; S = 8 : 2-6, 3-5, 4-4 ; S = 9 : 3-6, 4-5 ;
  • S = 10 : 4-6, 5-5 ; S = 11 : 5-6 ; S = 12 : 6-6.
\(s\) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
\(P(S = s)\) \(\frac{1}{28}\) \(\frac{1}{28}\) \(\frac{2}{28}\) \(\frac{2}{28}\) \(\frac{3}{28}\) \(\frac{3}{28}\) \(\frac{4}{28}\) \(\frac{3}{28}\) \(\frac{3}{28}\) \(\frac{2}{28}\) \(\frac{2}{28}\) \(\frac{1}{28}\) \(\frac{1}{28}\)

Suite du corrigé corrigé loi binomiale

01/282/283/284/280123456789101112valeur de S (somme des points)P(S = s)
Loi de S : symétrique autour de 6

Par ailleurs, Contrôle : \(1 + 1 + 2 + 2 + 3 + 3 + 4 + 3 + 3 + 2 + 2 + 1 + 1 = 28\). Par ailleurs, on peut simplifier : \(\frac{2}{28} = \frac{1}{14}\), \(\frac{4}{28} = \frac{1}{7}\).

Réponse : loi ci-dessus ; la valeur la plus probable est \(S = 6\), avec \(P(S = 6) = \frac{1}{7}\).

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Exercice 10 : Tirage d’un jeton dans une urne (corrigé loi binomiale)

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Énoncé de l'exercice 10 : Tirage d’un jeton dans une urne

On compte les 15 jetons : rouges : trois « 2 » et trois « 4 » ; bleus : trois « 2 » ; verts : quatre « 1 » et deux « 2 ».

Ainsi, 1) \(X\) prend les valeurs 1 (4 jetons), 2 (3 rouges + 3 bleus + 2 verts = 8 jetons) et 4 (3 jetons). Puis les jetons étant indiscernables au toucher, il y a équiprobabilité :

\(x_i\) 1 2 4
\(P(X = x_i)\) \(\frac{4}{15}\) \(\frac{8}{15}\) \(\frac{3}{15} = \frac{1}{5}\)

Donc, 2) Nouvelles valeurs : les verts « 1 » valent 2 et les verts « 2 » valent 4 ; les rouges « 2 » valent 1 et les rouges « 4 » valent 2 ; les bleus gardent 2.

  • \(Y = 1\) : les 3 rouges « 2 » ;
  • \(Y = 2\) : les 4 verts « 1 », les 3 rouges « 4 » et les 3 bleus, soit 10 jetons ;
  • \(Y = 4\) : les 2 verts « 2 ».
\(y_i\) 1 2 4
\(P(Y = y_i)\) \(\frac{3}{15} = \frac{1}{5}\) \(\frac{10}{15} = \frac{2}{3}\) \(\frac{2}{15}\)
Réponse : \(X\) : \(\left(\frac{4}{15}\,;\frac{8}{15}\,;\frac{1}{5}\right)\) pour 1, 2, 4 ; \(Y\) : \(\left(\frac{1}{5}\,;\frac{2}{3}\,;\frac{2}{15}\right)\) pour 1, 2, 4.

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Corrigé des exercices 11 à 20 sur la loi binomiale et les variables aléatoires en première

Exercice 11 : Un jeu de tarot de 78 cartes (corrigé loi binomiale)

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Énoncé de l'exercice 11 sur la loi binomiale et les variables aléatoires en première : Un jeu de tarot de 78 cartes – corrigé loi binomiale

On tire une carte au hasard : les 78 cartes sont équiprobables, chacune a la probabilité \( \dfrac{1}{78} \). Ensuite, pour chaque valeur possible de \( X \), on compte les cartes qui la rapportent.

  • 4,5 points : les 4 rois, l’atout 1, l’atout 21 et l’excuse, soit \( 4+1+1+1=7 \) cartes.
  • 3,5 points : les 4 dames.
  • 2,5 points : les 4 cavaliers.
  • 1,5 point : les 4 valets.
  • 0,5 point : toutes les autres cartes, soit \( 78-7-4-4-4=59 \) cartes (les 40 cartes de 10 à l’as et les 19 atouts numérotés de 2 à 20).
\( x_i \) 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5
\( P(X=x_i) \) \( \dfrac{59}{78} \) \( \dfrac{4}{78}=\dfrac{2}{39} \) \( \dfrac{2}{39} \) \( \dfrac{2}{39} \) \( \dfrac{7}{78} \)

Également, Vérification : \( \dfrac{59+4+4+4+7}{78}=\dfrac{78}{78}=1 \).

Réponse : \( P(X=0{,}5)=\dfrac{59}{78} \), \( P(X=1{,}5)=P(X=2{,}5)=P(X=3{,}5)=\dfrac{2}{39} \), \( P(X=4{,}5)=\dfrac{7}{78} \).

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Exercice 12 : Un stand dans une kermesse

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Énoncé de l'exercice 12 : Un stand dans une kermesse

Figure de l'exercice 12 : trois roues de douze secteurs R1, R2 et R3 avec quelques secteurs jaunes, mises de 1,50 €, 1 € et 1 € et gains de 8 €, 4 € et 2 € – corrigé loi binomiale
Figure de l’énoncé

Chaque roue a 12 secteurs équiprobables. Puis on compte les secteurs jaunes : 2 sur \( R_1 \), 3 sur \( R_2 \) et 5 sur \( R_3 \).

Correction de l'exercice 12 : décompte des secteurs jaunes, 2 sur 12 pour R1, 3 sur 12 pour R2 et 5 sur 12 pour R3
La réponse sur la figure

Par conséquent, Le gain du joueur est son gain algébrique : ce qu’il reçoit moins la mise qu’il a payée. S’il ne tombe pas sur du jaune, il perd sa mise.

En effet, Roue \( R_1 \) (mise 1,50 €, gain 8 €) : \( X \) prend les valeurs \( 8-1{,}5=6{,}5 \) et \( -1{,}5 \).

\( x_i \) \( -1{,}5 \) 6,5
\( P(X=x_i) \) \( \dfrac{10}{12}=\dfrac{5}{6} \) \( \dfrac{2}{12}=\dfrac{1}{6} \)

Après cela, roue \( R_2 \) (mise 1 €, gain 4 €) : \( Y \) prend les valeurs \( 4-1=3 \) et \( -1 \).

\( y_i \) \( -1 \) 3
\( P(Y=y_i) \) \( \dfrac{9}{12}=\dfrac{3}{4} \) \( \dfrac{3}{12}=\dfrac{1}{4} \)

Ensuite, Roue \( R_3 \) (mise 1 €, gain 2 €) : \( Z \) prend les valeurs \( 2-1=1 \) et \( -1 \).

\( z_i \) \( -1 \) 1
\( P(Z=z_i) \) \( \dfrac{7}{12} \) \( \dfrac{5}{12} \)

Suite du corrigé corrigé loi binomiale

De plus, Remarque : si l’on ne tient pas compte de la mise, les valeurs deviennent 8 et 0 pour \( X \), 4 et 0 pour \( Y \), 2 et 0 pour \( Z \), avec les mêmes probabilités.

Réponse : \( P(X=6{,}5)=\dfrac{1}{6} \), \( P(X=-1{,}5)=\dfrac{5}{6} \) ; \( P(Y=3)=\dfrac{1}{4} \), \( P(Y=-1)=\dfrac{3}{4} \) ; \( P(Z=1)=\dfrac{5}{12} \), \( P(Z=-1)=\dfrac{7}{12} \).

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Exercice 13 : Le jeu de Scrabble (corrigé loi binomiale)

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Énoncé de l'exercice 13 sur la loi binomiale et les variables aléatoires en première : Le jeu de Scrabble – corrigé loi binomiale

Figure de l'exercice 13 : tableaux des 26 lettres du Scrabble avec leur valeur en indice et le nombre de jetons de chaque lettre
Figure de l’énoncé

Les 102 jetons sont équiprobables. De plus, on regroupe les lettres par valeur (le nombre en indice) et on additionne les nombres de jetons :

  • 0 point : les 2 jokers → 2 jetons.
  • 1 point : A (9), E (15), I (8), L (5), N (6), O (6), R (6), S (6), T (6), U (6) → \( 9+15+8+5+6\times6=73 \) jetons.
  • 2 points : D (3), G (2), M (3) → 8 jetons.
  • 3 points : B (2), C (2), P (2) → 6 jetons.
  • 4 points : F (2), H (2), V (2) → 6 jetons.
  • 8 points : J (1), Q (1) → 2 jetons.
  • 10 points : K, W, X, Y, Z (1 chacun) → 5 jetons.

Par ailleurs, Vérification : \( 2+73+8+6+6+2+5=102 \).

\( x_i \) 0 1 2 3 4 8 10
\( P(X=x_i) \) \( \dfrac{2}{102} \) \( \dfrac{73}{102} \) \( \dfrac{8}{102} \) \( \dfrac{6}{102} \) \( \dfrac{6}{102} \) \( \dfrac{2}{102} \) \( \dfrac{5}{102} \)
Réponse : \( P(X=0)=\dfrac{1}{51} \), \( P(X=1)=\dfrac{73}{102} \), \( P(X=2)=\dfrac{4}{51} \), \( P(X=3)=P(X=4)=\dfrac{1}{17} \), \( P(X=8)=\dfrac{1}{51} \), \( P(X=10)=\dfrac{5}{102} \).

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Exercice 14 : Le jeu Uno et probabilités

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Énoncé de l'exercice 14 : Le jeu Uno et probabilités – corrigé loi binomiale

On tire une carte parmi 108 cartes équiprobables. Ensuite, on compte les cartes pour chaque valeur :

  • Dans chaque couleur, il y a un seul 0 et deux cartes de chaque valeur de 1 à 9 (\( 1+9\times2=19 \) cartes). Sur les 4 couleurs : 4 cartes valent 0 et 8 cartes valent \( k \) pour chaque \( k \) de 1 à 9.
  • « Inversion », « passe ton tour » et « +2 » : \( 8+8+8=24 \) cartes valent 20 points.
  • « +4 » et « joker » : \( 4+4=8 \) cartes valent 50 points.
\( y_i \) 0 1 2 … 9 20 50
\( P(Y=y_i) \) \( \dfrac{4}{108}=\dfrac{1}{27} \) \( \dfrac{8}{108}=\dfrac{2}{27} \) \( \dfrac{2}{27} \) … \( \dfrac{2}{27} \) \( \dfrac{24}{108}=\dfrac{2}{9} \) \( \dfrac{8}{108}=\dfrac{2}{27} \)

Ainsi, Vérification : \( 4+9\times8+24+8=108 \).

Réponse : \( P(Y=0)=\dfrac{1}{27} \) ; \( P(Y=k)=\dfrac{2}{27} \) pour \( k \) entier de 1 à 9 ; \( P(Y=20)=\dfrac{2}{9} \) ; \( P(Y=50)=\dfrac{2}{27} \).

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Exercice 15 : Une biscuiterie de cookies (corrigé loi binomiale)

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Énoncé de l'exercice 15 sur la loi binomiale et les variables aléatoires en première : Une biscuiterie de cookies

1. Il y a six variétés : trois chocolats (lait, noir, blanc), avec ou sans noisettes. Par ailleurs, on suit l’algorithme : départ à 2,50 €, +1 € pour le chocolat noir, +0,50 € pour le chocolat blanc, puis +0,50 € s’il y a des noisettes.

Variété sans noisettes avec noisettes
Chocolat au lait 2,50 € 3,00 €
Chocolat noir 3,50 € 4,00 €
Chocolat blanc 3,00 € 3,50 €

Donc, 2. Chaque variété a la probabilité \( \dfrac{1}{6} \). Puis le prix 3 € correspond à deux variétés (lait avec noisettes, blanc sans noisettes), de même que 3,50 € (noir sans noisettes, blanc avec noisettes).

\( x_i \) (en €) 2,5 3 3,5 4
\( P(X=x_i) \) \( \dfrac{1}{6} \) \( \dfrac{2}{6}=\dfrac{1}{3} \) \( \dfrac{1}{3} \) \( \dfrac{1}{6} \)
Réponse : \( P(X=2{,}5)=\dfrac{1}{6} \), \( P(X=3)=\dfrac{1}{3} \), \( P(X=3{,}5)=\dfrac{1}{3} \), \( P(X=4)=\dfrac{1}{6} \).

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Exercice 16 : Une souris dans un labyrinthe

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Énoncé de l'exercice 16 : Une souris dans un labyrinthe – corrigé loi binomiale

Figure de l'exercice 16 : labyrinthe en arbre à trois niveaux de bifurcations menant aux sorties A à H, avec des fromages sur certains embranchements et certaines sorties
Figure de l’énoncé

À chacune des trois intersections, la souris a 2 choix équiprobables : les 8 sorties A à H ont chacune la probabilité \( \dfrac{1}{2}\times\dfrac{1}{2}\times\dfrac{1}{2}=\dfrac{1}{8} \).

Également, On compte les fromages rencontrés sur chaque chemin :

  • Côté gauche, il y a un fromage dès la première branche. A : \( 1+1+1=3 \) ; B : \( 1+1=2 \) ; C : \( 1+1=2 \) ; D : 1.
  • Côté droit, pas de fromage sur la première branche. E : \( 1+1=2 \) ; F : 1 ; G : 1 ; H : 1.
Correction de l'exercice 16 : sous chaque sortie, le nombre de fromages mangés en rouge, 3 pour A, 2 pour B, C et E, 1 pour D, F, G et H – corrigé loi binomiale
La réponse sur la figure

Par conséquent, \( X=1 \) pour D, F, G, H (4 chemins), \( X=2 \) pour B, C, E (3 chemins), \( X=3 \) pour A (1 chemin).

\( x_i \) 1 2 3
\( P(X=x_i) \) \( \dfrac{4}{8}=\dfrac{1}{2} \) \( \dfrac{3}{8} \) \( \dfrac{1}{8} \)
Réponse : \( P(X=1)=\dfrac{1}{2} \), \( P(X=2)=\dfrac{3}{8} \), \( P(X=3)=\dfrac{1}{8} \).

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Exercice 17 : La planche à clous de Galton (corrigé loi binomiale)

Revoir l’énoncé de l’exercice 17

Énoncé de l'exercice 17 sur la loi binomiale et les variables aléatoires en première : La planche à clous de Galton

Figure de l'exercice 17 : planche de Galton avec quatre rangées de clous (1, 2, 3 puis 4 clous) au-dessus de cinq cases numérotées de 0 à 4 – corrigé loi binomiale
Figure de l’énoncé

1. La bille rencontre un clou par rangée, soit 4 clous. À chaque clou, elle va à gauche (G) ou à droite (D) avec la probabilité \( \dfrac{1}{2} \) : c’est la répétition de 4 épreuves de Bernoulli identiques et indépendantes.

G 1/2 D 1/2 G D G D G D G D G D G D G D G D G D G D G D G D G D G D GGGG → case 0 GGGD → case 1 GGDG → case 1 GGDD → case 2 GDGG → case 1 GDGD → case 2 GDDG → case 2 GDDD → case 3 DGGG → case 1 DGGD → case 2 DGDG → case 2 DGDD → case 3 DDGG → case 2 DDGD → case 3 DDDG → case 3 DDDD → case 4
Chaque branche a pour probabilité 1/2 ; G = gauche, D = droite

En effet, 2. Chacun des \( 2^4=16 \) chemins a la probabilité \( \left(\dfrac{1}{2}\right)^4=\dfrac{1}{16} \). \( X \) est le nombre de D sur le chemin. Ensuite, on compte les chemins dans l’arbre :

Suite du corrigé corrigé loi binomiale

  • \( X=0 \) : GGGG seul → 1 chemin ;
  • \( X=1 \) : un seul D, placé en 1re, 2e, 3e ou 4e position → 4 chemins ;
  • \( X=2 \) : DDGG, DGDG, DGGD, GDDG, GDGD, GGDD → 6 chemins ;
  • \( X=3 \) : un seul G → 4 chemins ;
  • \( X=4 \) : DDDD → 1 chemin.
\( x_i \) 0 1 2 3 4
\( P(X=x_i) \) \( \dfrac{1}{16} \) \( \dfrac{4}{16}=\dfrac{1}{4} \) \( \dfrac{6}{16}=\dfrac{3}{8} \) \( \dfrac{1}{4} \) \( \dfrac{1}{16} \)

Ensuite, \( X \) suit la loi binomiale de paramètres \( n=4 \) et \( p=\dfrac{1}{2} \) : la case du milieu est la plus probable, les cases extrêmes les moins probables.

Réponse : \( P(X=0)=P(X=4)=\dfrac{1}{16} \), \( P(X=1)=P(X=3)=\dfrac{1}{4} \), \( P(X=2)=\dfrac{3}{8} \).

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Exercice 18 : Un dé icosaédrique et probabilités

Revoir l’énoncé de l’exercice 18

Énoncé de l'exercice 18 : Un dé icosaédrique et probabilités

1. Les 20 faces sont équiprobables (probabilité \( \dfrac{1}{20} \) chacune). Puis on calcule les points de chaque nombre en cumulant : pair (+2), premier (+3), multiple de 5 (+5), carré parfait (+7). Nombres premiers jusqu’à 20 : 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19 ; carrés parfaits : 1, 4, 9, 16.

  • 2 points (pair seulement) : 6, 8, 12, 14, 18 → 5 nombres.
  • 3 points (premier seulement) : 3, 7, 11, 13, 17, 19 → 6 nombres.
  • 5 points : 2 (pair et premier : \( 2+3 \)) et 15 (multiple de 5) → 2 nombres.
  • 7 points : 1 et 9 (carrés), 10 et 20 (pairs et multiples de 5 : \( 2+5 \)) → 4 nombres.
  • 8 points : 5 (premier et multiple de 5 : \( 3+5 \)) → 1 nombre.
  • 9 points : 4 et 16 (pairs et carrés : \( 2+7 \)) → 2 nombres.
\( x_i \) 2 3 5 7 8 9
\( P(X=x_i) \) \( \dfrac{5}{20}=\dfrac{1}{4} \) \( \dfrac{6}{20}=\dfrac{3}{10} \) \( \dfrac{2}{20}=\dfrac{1}{10} \) \( \dfrac{4}{20}=\dfrac{1}{5} \) \( \dfrac{1}{20} \) \( \dfrac{2}{20}=\dfrac{1}{10} \)

Suite du corrigé corrigé loi binomiale

De plus, Vérification : \( 5+6+2+4+1+2=20 \).

Par ailleurs, 2.

  • \( P(X\leqslant 5)=P(X=2)+P(X=3)+P(X=5)=\dfrac{5+6+2}{20}=\dfrac{13}{20} \).
  • \( P(3\leqslant X\leqslant 7)=P(X=3)+P(X=5)+P(X=7)=\dfrac{6+2+4}{20}=\dfrac{12}{20}=\dfrac{3}{5} \).
  • \( P(X\gt 7)=P(X=8)+P(X=9)=\dfrac{1+2}{20}=\dfrac{3}{20} \).
Réponse : loi ci-dessus ; \( P(X\leqslant 5)=\dfrac{13}{20} \), \( P(3\leqslant X\leqslant 7)=\dfrac{3}{5} \), \( P(X\gt 7)=\dfrac{3}{20} \).

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Exercice 19 : Calculer a et l'espérance (corrigé loi binomiale)

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Énoncé de l'exercice 19 sur la loi binomiale et les variables aléatoires en première : Calculer a et l'espérance – corrigé loi binomiale

Figure de l'exercice 19 : tableau de la loi de X, valeurs -2, a et 3 de probabilités 2/7, 4/9 et p
Figure de l’énoncé

1. La somme des probabilités vaut 1 :

Ainsi :\[ p=1-\frac{2}{7}-\frac{4}{9}=\frac{63}{63}-\frac{18}{63}-\frac{28}{63}=\frac{17}{63} \]

Donc, 2. On écrit l’espérance et on résout \( E(X)=2 \) :

Également :\[ \begin{aligned} E(X) &= -2\times\frac{2}{7}+a\times\frac{4}{9}+3\times\frac{17}{63} \\ &= -\frac{36}{63}+\frac{4a}{9}+\frac{51}{63} \\ &= \frac{4a}{9}+\frac{15}{63} \end{aligned} \]

Par conséquent :\[ \frac{4a}{9}+\frac{15}{63}=2 \iff \frac{4a}{9}=\frac{126-15}{63}=\frac{111}{63} \iff a=\frac{111}{63}\times\frac{9}{4}=\frac{111}{28} \]

En effet, Vérification : \( \dfrac{111}{28}\approx 3{,}96 \) et \( -\dfrac{4}{7}+\dfrac{4}{9}\times\dfrac{111}{28}+\dfrac{51}{63}=2 \).

Réponse : \( p=\dfrac{17}{63} \) et \( a=\dfrac{111}{28} \).

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Exercice 20 : Un jeu de tir dans une cible

Revoir l’énoncé de l’exercice 20

Énoncé de l'exercice 20 : Un jeu de tir dans une cible – corrigé loi binomiale

Figure de l'exercice 20 : cible carrée de 5 × 5 cases colorées, vertes à 1 point, bleues à 3, jaunes à 5, orange à 8 et une rouge à 10
Figure de l’énoncé

1. Les 25 cases ont la même aire : la probabilité d’une zone est son nombre de cases divisé par 25.

  • Vert (1 point) : 4 cases dans la 1re colonne + 5 cases de la dernière ligne = 9 cases → \( \dfrac{9}{25} \).
  • Bleu (3 points) : 4 cases de la 2e colonne + 3 cases de la 4e ligne = 7 cases → \( \dfrac{7}{25} \).
  • Jaune (5 points) : 3 cases de la 3e colonne + 2 cases de la 3e ligne = 5 cases → \( \dfrac{5}{25}=\dfrac{1}{5} \).
  • Orange (8 points) : 3 cases → \( \dfrac{3}{25} \).
  • Rouge (10 points) : 1 case → \( \dfrac{1}{25} \).

Ensuite, Vérification : \( 9+7+5+3+1=25 \).

De même, 2. a.

\( x_i \) 1 3 5 8 10
\( P(X=x_i) \) \( \dfrac{9}{25} \) \( \dfrac{7}{25} \) \( \dfrac{5}{25} \) \( \dfrac{3}{25} \) \( \dfrac{1}{25} \)

Par ailleurs, b.

Ainsi :\[ E(X)=\frac{1\times9+3\times7+5\times5+8\times3+10\times1}{25}=\frac{9+21+25+24+10}{25}=\frac{89}{25}=3{,}56 \]

Donc, Interprétation : sur un grand nombre de tirs, le participant marque en moyenne 3,56 points par tir.

Réponse : probabilités \( \dfrac{9}{25} \), \( \dfrac{7}{25} \), \( \dfrac{1}{5} \), \( \dfrac{3}{25} \), \( \dfrac{1}{25} \) ; \( E(X)=3{,}56 \) points.

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Corrigé des exercices 21 à 30 sur la loi binomiale et les variables aléatoires en première

Exercice 21 : Cible et zones colorées

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Énoncé de l'exercice 21 sur la loi binomiale et les variables aléatoires en première : Cible et zones colorées – corrigé loi binomiale

Figure de l'exercice 21 : cible circulaire avec un disque rouge central à 10 points, puis des couronnes orange à 7 points, jaune à 4 points et bleue à 1 point
Figure de l’énoncé

1. La cible est un disque de rayon 70 cm : sa surface est \( \pi\times70^2=4\,900\pi \text{ cm}^2 \) (environ \( 15\,394 \text{ cm}^2 \)).

Également, L’aire d’une couronne est la différence des aires de deux disques :

  • rouge : \( \pi\times10^2=100\pi \text{ cm}^2 \) ;
  • orange : \( \pi\times30^2-\pi\times10^2=800\pi \text{ cm}^2 \) ;
  • jaune : \( \pi\times50^2-\pi\times30^2=1\,600\pi \text{ cm}^2 \) ;
  • bleue : \( \pi\times70^2-\pi\times50^2=2\,400\pi \text{ cm}^2 \).

Par conséquent, probabilités (aire de la zone divisée par \( 4\,900\pi \), les \( \pi \) se simplifient) :

En effet :\[ P(\text{rouge})=\frac{100}{4\,900}=\frac{1}{49} \quad P(\text{orange})=\frac{8}{49} \quad P(\text{jaune})=\frac{16}{49} \quad P(\text{bleue})=\frac{24}{49} \]

2. a.

\( x_i \) 1 4 7 10
\( P(X=x_i) \) \( \dfrac{24}{49} \) \( \dfrac{16}{49} \) \( \dfrac{8}{49} \) \( \dfrac{1}{49} \)

De plus, b.

Par ailleurs :\[ E(X)=\frac{1\times24+4\times16+7\times8+10\times1}{49}=\frac{154}{49}=\frac{22}{7}\approx 3{,}14 \]

Ainsi, Interprétation : sur un grand nombre de tirs, le participant marque en moyenne environ 3,14 points par tir.

Réponse : surface \( 4\,900\pi \text{ cm}^2 \) ; probabilités \( \dfrac{1}{49} \), \( \dfrac{8}{49} \), \( \dfrac{16}{49} \), \( \dfrac{24}{49} \) ; \( E(X)=\dfrac{22}{7}\approx 3{,}14 \) points.

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Exercice 22 : Un Rubik's cube et probabilités (corrigé loi binomiale)

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Énoncé de l'exercice 22 : Un Rubik's cube et probabilités – corrigé loi binomiale

1. Les 27 petits cubes sont équiprobables. De plus, on classe les petits cubes selon leur position dans le grand cube :

  • les 8 coins ont 3 faces colorées ;
  • les 12 arêtes (un petit cube au milieu de chacune des 12 arêtes) ont 2 faces colorées ;
  • les 6 centres de faces ont 1 face colorée ;
  • le cube central, invisible, n’a aucune face colorée.

Donc, Vérification : \( 8+12+6+1=27 \).

\( x_i \) 0 1 2 3
\( P(X=x_i) \) \( \dfrac{1}{27} \) \( \dfrac{6}{27}=\dfrac{2}{9} \) \( \dfrac{12}{27}=\dfrac{4}{9} \) \( \dfrac{8}{27} \)

Également, 2.

Par conséquent :\[ E(X)=\frac{0\times1+1\times6+2\times12+3\times8}{27}=\frac{54}{27}=2 \]

En effet, Interprétation : en répétant un grand nombre de fois le tirage (avec remise), le petit cube tiré a en moyenne 2 faces colorées. Ensuite, on le retrouve autrement : le grand cube a \( 6\times9=54 \) étiquettes réparties sur 27 petits cubes, soit 2 par petit cube en moyenne.

Réponse : \( P(X=0)=\dfrac{1}{27} \), \( P(X=1)=\dfrac{2}{9} \), \( P(X=2)=\dfrac{4}{9} \), \( P(X=3)=\dfrac{8}{27} \) ; \( E(X)=2 \).

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Exercice 23 : Faites tourner la roue !

Revoir l’énoncé de l’exercice 23

Énoncé de l'exercice 23 sur la loi binomiale et les variables aléatoires en première : Faites tourner la roue !

Figure de l'exercice 23 : roue de quinze secteurs égaux portant les gains 100, 40, 20 et 0 euros – corrigé loi binomiale
Figure de l’énoncé

Pour bien réussir corrigé loi binomiale, on retient que on suppose, comme sur la figure, que les 15 secteurs ont la même mesure : ils sont équiprobables, chacun de probabilité \( \dfrac{1}{15} \). Par ailleurs, en faisant le tour de la roue, on compte :

  • 1 secteur à 100 € ;
  • 3 secteurs à 40 € ;
  • 4 secteurs à 20 € ;
  • 7 secteurs à 0 €.

Ensuite, Vérification : 1 + 3 + 4 + 7 = 15. Soit G la variable aléatoire donnant le gain avant déduction de la mise. Sa loi de probabilité est :

\( g_i \) 0 20 40 100
\( P(G = g_i) \) \( \dfrac{7}{15} \) \( \dfrac{4}{15} \) \( \dfrac{3}{15} \) \( \dfrac{1}{15} \)

De plus :\[ E(G) = 0 \times \dfrac{7}{15} + 20 \times \dfrac{4}{15} + 40 \times \dfrac{3}{15} + 100 \times \dfrac{1}{15} = \dfrac{80 + 120 + 100}{15} = \dfrac{300}{15} = 20 \]

Par ailleurs, Si la mise vaut m euros, le gain algébrique du joueur est \( G – m \), d’espérance \( E(G) – m = 20 – m \). Puis le jeu est équitable lorsque cette espérance est nulle, donc pour \( m = 20 \).

Réponse : la mise doit être de 20 € pour que le jeu soit équitable.

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Exercice 24 : Déplacement d'une coccinelle et probabilités (corrigé loi binomiale)

Revoir l’énoncé de l’exercice 24

Énoncé de l'exercice 24 : Déplacement d'une coccinelle et probabilités

Figure de l'exercice 24 : losange ABCD avec la diagonale verticale prolongée jusqu'à F en haut et E en bas, la coccinelle part du point A – corrigé loi binomiale
Figure de l’énoncé

1. Depuis A et depuis C, il y a 2 directions possibles (vers D ou B) ; depuis D (vers A, C, B, F) et depuis B (vers A, C, D, E), il y en a 4 ; depuis les extrémités F et E, la coccinelle ne peut que revenir sur ses pas (probabilité 1). Ensuite, la probabilité d’un trajet est le produit des probabilités de ses branches.

TrajetProbabilitéA1/2D1/2B1/4F1/4C1/4B1/4D1/4E1/4A1/4A1/4C1/4B1/4A1/4F1/2D1B1/2B1/4C1/4C1/4E1/2D1D1/2B1/2B1/2B1/2D1/2D1/4A1/4DA D A D1/16A D A B1/16A D C D1/16A D C B1/16A D B A1/32A D B C1/32A D B D1/32A D B E1/32A D F D1/8A B A D1/16A B A B1/16A B C D1/16A B C B1/16A B D A1/32A B D C1/32A B D B1/32A B D F1/32A B E B1/8
Arbre de probabilité des trajets de trois déplacements

Suite du corrigé corrigé loi binomiale

De même, 2. a. Pour chaque trajet, on compte les points différents visités (A compris) :

  • X = 2 : ADAD et ABAB, chacun de probabilité \( \dfrac{1}{16} \).
  • X = 4 : ADCB, ABCD (\( \dfrac{1}{16} \) chacun) et ADBC, ADBE, ABDC, ABDF (\( \dfrac{1}{32} \) chacun).
  • X = 3 : tous les autres trajets.

Donc :\[ P(X = 2) = 2 \times \dfrac{1}{16} = \dfrac{1}{8}, \qquad P(X = 4) = 2 \times \dfrac{1}{16} + 4 \times \dfrac{1}{32} = \dfrac{1}{4}, \qquad P(X = 3) = 1 – \dfrac{1}{8} – \dfrac{1}{4} = \dfrac{5}{8}. \]

\( x_i \) 2 3 4
\( P(X = x_i) \) \( \dfrac{1}{8} \) \( \dfrac{5}{8} \) \( \dfrac{1}{4} \)

Également, b.

Par conséquent :\[ E(X) = 2 \times \dfrac{1}{8} + 3 \times \dfrac{5}{8} + 4 \times \dfrac{2}{8} = \dfrac{2 + 15 + 8}{8} = \dfrac{25}{8} = 3{,}125 \]

En effet, Interprétation : si l’on répète un grand nombre de fois ces trajets de trois déplacements, la coccinelle visite en moyenne environ 3,1 points différents par trajet.

Ensuite, 3. Un programme possible en Python :

De plus, from random import choice
voisins = {« A »: « DB », « B »: « ACDE », « C »: « DB », « D »: « ACBF », « E »: « B », « F »: « D »}
def X():
    point = « A »
    visites = {« A »}
    for k in range(3):
        point = choice(voisins[point])
        visites.add(point)
    return len(visites)

Exercice 24 (suite 3)

Par ailleurs, la fonction choisit au hasard un voisin du point courant à chaque déplacement et renvoie le nombre de points différents visités. Puis en l’appelant 10 000 fois et en calculant la moyenne des résultats, on obtient une valeur proche de 3,125.

Réponse : P(X = 2) = 1/8, P(X = 3) = 5/8, P(X = 4) = 1/4 ; \( E(X) = \dfrac{25}{8} = 3{,}125 \).

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Exercice 25 : Une fête foraine

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Énoncé de l'exercice 25 sur la loi binomiale et les variables aléatoires en première : Une fête foraine

Figure de l'exercice 25 : patron du dé avec trois faces bleues, deux violettes et une orange, et les trois roues bleue, violette et orange avec leurs gains – corrigé loi binomiale
Figure de l’énoncé

Le dé. Sur le patron, on compte 3 faces bleues, 2 faces violettes et 1 face orange. Donc \( P(\text{bleu}) = \dfrac{1}{2} \), \( P(\text{violet}) = \dfrac{1}{3} \) et \( P(\text{orange}) = \dfrac{1}{6} \).

Les roues (secteurs de même mesure sur chaque roue) :

  • roue bleue : 12 secteurs, 6 « PERDU », 4 à 5 € et 2 à 10 € ; gain moyen \( \dfrac{4 \times 5 + 2 \times 10}{12} = \dfrac{40}{12} = \dfrac{10}{3} \) € ;
  • roue violette : 8 secteurs, 4 « PERDU », 5 €, 15 €, 15 € et 20 € ; gain moyen \( \dfrac{5 + 15 + 15 + 20}{8} = \dfrac{55}{8} \) € ;
  • roue orange : 6 secteurs, 5 €, 5 €, 20 €, 20 €, 20 € et 25 € ; gain moyen \( \dfrac{95}{6} \) €.

Ainsi, Soit R le montant reçu. Chaque montant reçu s’obtient par un chemin « couleur du dé, puis secteur » ; en regroupant par couleur, l’espérance de R vaut :

Donc :\[ E(R) = \dfrac{1}{2} \times \dfrac{10}{3} + \dfrac{1}{3} \times \dfrac{55}{8} + \dfrac{1}{6} \times \dfrac{95}{6} = \dfrac{5}{3} + \dfrac{55}{24} + \dfrac{95}{36} = \dfrac{120 + 165 + 190}{72} = \dfrac{475}{72} \approx 6{,}60 \]

Suite du corrigé corrigé loi binomiale

Également, le gain algébrique du joueur est \( R – 5 \), d’espérance :

Par conséquent :\[ E(R – 5) = \dfrac{475}{72} – 5 = \dfrac{475 – 360}{72} = \dfrac{115}{72} \approx 1{,}60 \]

En effet, Cette espérance n’est pas nulle : le jeu n’est pas équitable. De plus, elle est positive : en moyenne, le joueur gagne environ 1,60 € par partie, le jeu est favorable au joueur (et défavorable au forain).

Réponse : l’espérance du gain est \( \dfrac{115}{72} \approx 1{,}60 \) € ; le jeu n’est pas équitable, il est favorable au joueur.

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Exercice 26 : Forage et tunnel

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Énoncé de l'exercice 26 : Forage et tunnel

On note \( u_n \) la longueur creusée le n-ième jour, en mètres. Ensuite, on a \( u_1 = 300 \) et chaque jour on creuse 5 m de moins : \( (u_n) \) est une suite arithmétique de premier terme 300 et de raison −5, donc \( u_n = 300 – 5(n – 1) = 305 – 5n \).

Ensuite, la longueur totale creusée en n jours est la somme des n premiers termes :

De plus :\[ S_n = n \times \dfrac{u_1 + u_n}{2} = n \times \dfrac{300 + 305 – 5n}{2} = \dfrac{n(605 – 5n)}{2} \]

Le tunnel mesure 5 km, soit 5 000 m. Par ailleurs, on cherche le plus petit entier n tel que \( S_n \geqslant 5\,000 \) :

Par ailleurs :\[ \dfrac{n(605 – 5n)}{2} \geqslant 5\,000 \iff 605n – 5n^2 \geqslant 10\,000 \iff n^2 – 121n + 2\,000 \leqslant 0 \]

Ainsi, Discriminant : \( \Delta = 121^2 – 4 \times 2\,000 = 14\,641 – 8\,000 = 6\,641 \). Puis les racines sont \( \dfrac{121 – \sqrt{6\,641}}{2} \approx 19{,}75 \) et \( \dfrac{121 + \sqrt{6\,641}}{2} \approx 101{,}25 \). Ensuite, le trinôme est négatif entre les racines, donc le premier entier convenable est n = 20.

Donc, Vérification : \( S_{19} = \dfrac{19 \times 510}{2} = 4\,845 \) m (pas encore fini) et \( S_{20} = \dfrac{20 \times 505}{2} = 5\,050 \) m (tunnel percé). Puis le 20e jour, on creuse encore \( u_{20} = 205 \) m, la longueur reste bien positive.

Réponse : le tunnel sera percé au bout de 20 jours.

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Exercice 27 : Cible et polygones de même surface

Revoir l’énoncé de l’exercice 27

Énoncé de l'exercice 27 sur la loi binomiale et les variables aléatoires en première : Cible et polygones de même surface – corrigé loi binomiale

Figure de l'exercice 27 : carré ABCD de côté 6 découpé en zones bleues (3 points), jaunes (0 point) et une zone rouge (10 points) autour du point P, avec AM = AN = x
Figure de l’énoncé

On se place dans un repère avec A(0 ; 0), B(6 ; 0), C(6 ; 6), D(0 ; 6). Alors I(3 ; 6), M(x ; 0), N(0 ; x) et P(x ; x), avec \( 0 \leqslant x \leqslant 6 \). De plus, l’aire totale est 36.

De même, 1. a. Aires des polygones (pour un triangle : base × hauteur ÷ 2) :

  • Zone bleue : le carré AMPN, d’aire \( x^2 \), et le triangle PBC de base BC = 6 et de hauteur \( 6 – x \) (distance de P à la droite (BC)), d’aire \( 3(6 – x) \). Total : \( x^2 – 3x + 18 \).
  • Zone jaune : le triangle DNP (base DN = 6 − x, hauteur x), le triangle PMB (base MB = 6 − x, hauteur x) et le triangle IPC (base IC = 3, hauteur 6 − x). Total : \( x(6 – x) + \dfrac{3(6 – x)}{2} = \dfrac{(6 – x)(2x + 3)}{2} \).
  • Zone rouge : le triangle DIP (base DI = 3, hauteur 6 − x), d’aire \( \dfrac{3(6 – x)}{2} \).

Par conséquent, Contrôle : \( x^2 – 3x + 18 + \dfrac{(6 – x)(2x + 3)}{2} + \dfrac{3(6 – x)}{2} = x^2 – 3x + 18 + (6 – x)(x + 3) = 36 \). Ensuite, en divisant par 36 :

Suite du corrigé corrigé loi binomiale

En effet :\[ P(\text{bleu}) = \dfrac{x^2 – 3x + 18}{36}, \quad P(\text{jaune}) = \dfrac{(6 – x)(2x + 3)}{72} = \dfrac{-2x^2 + 9x + 18}{72}, \quad P(\text{rouge}) = \dfrac{6 – x}{24}. \]

Ensuite, b. \( P(\text{jaune}) \) est un trinôme du second degré en x de coefficient \( -2 \lt 0 \) : il est maximal au sommet, pour \( x = -\dfrac{9}{2 \times (-2)} = \dfrac{9}{4} = 2{,}25 \). Par ailleurs, la probabilité vaut alors \( \dfrac{-2 \times 2{,}25^2 + 9 \times 2{,}25 + 18}{72} = \dfrac{28{,}125}{72} = \dfrac{25}{64} \approx 0{,}39 \).

Par ailleurs, 2. a. X prend les valeurs 0 (jaune), 3 (bleu) et 10 (rouge) :

\( x_i \) 0 3 10
\( P(X = x_i) \) \( \dfrac{-2x^2 + 9x + 18}{72} \) \( \dfrac{x^2 – 3x + 18}{36} \) \( \dfrac{6 – x}{24} \)

Par ailleurs, b.

Ainsi :\[ E(X) = 3 \times \dfrac{x^2 – 3x + 18}{36} + 10 \times \dfrac{6 – x}{24} = \dfrac{x^2 – 3x + 18}{12} + \dfrac{5(6 – x)}{12} = \dfrac{x^2 – 8x + 48}{12} \]

Donc, c. \( E(X) = 0 \iff x^2 – 8x + 48 = 0 \). Puis le discriminant vaut \( 64 – 192 = -128 \lt 0 \) : l’équation n’a pas de solution. Ensuite, on ne peut donc pas avoir \( E(X) = 0 \). C’était prévisible : X ne prend que des valeurs positives et la zone bleue a toujours une aire non nulle, donc \( E(X) \gt 0 \) (son minimum, atteint pour x = 4, vaut \( \dfrac{32}{12} = \dfrac{8}{3} \)).

Réponse : jaune maximale pour \( x = \dfrac{9}{4} \) ; \( E(X) = \dfrac{x^2 – 8x + 48}{12} \), qui ne s’annule jamais.

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Exercice 28 : Répartition de la population du Danemark

Revoir l’énoncé de l’exercice 28

Énoncé de l'exercice 28 : Répartition de la population du Danemark – corrigé loi binomiale

Figure de l'exercice 28 : tableau de la population du Danemark en 2021 par sexe et par âge, 2 880 933 hommes, 2 912 704 femmes, 5 793 637 habitants
Figure de l’énoncé

a. La fréquence marginale d’une catégorie est son effectif total divisé par l’effectif de la population entière (5 793 637).

  • De 0 à 20 ans : \( \dfrac{1\,301\,395}{5\,793\,637} \approx 0{,}2246 \), soit 22,5 %.
  • 60 ans et plus : \( \dfrac{1\,479\,765}{5\,793\,637} \approx 0{,}2554 \), soit 25,5 %.

Également, b. La fréquence conditionnelle des femmes parmi un groupe d’âge est l’effectif des femmes de ce groupe divisé par l’effectif total du groupe.

  • Parmi les 0 à 20 ans : \( \dfrac{634\,163}{1\,301\,395} \approx 0{,}4873 \), soit 48,7 %.
  • Parmi les 60 ans et plus : \( \dfrac{787\,088}{1\,479\,765} \approx 0{,}5319 \), soit 53,2 %.

Par conséquent, c. Le tableau demandé donne la répartition par âge à l’intérieur de chaque sexe (total 100 % par colonne) : on divise chaque effectif par le total de sa colonne (2 880 933 hommes, 2 912 704 femmes). Par exemple \( \dfrac{667\,232}{2\,880\,933} \approx 23{,}2 \) %, la valeur donnée.

Suite du corrigé corrigé loi binomiale

Figure de l'exercice 28 : tableau des fréquences à compléter, avec 23,2 % pour les hommes de 0 à 20 ans et les totaux à 100 % – corrigé loi binomiale
Le tableau à compléter
Correction de l'exercice 28 : tableau des fréquences complété en rouge, hommes 23,2 %, 25,4 %, 27,4 %, 24,0 % et femmes 21,8 %, 24,3 %, 26,9 %, 27,0 %
La réponse sur la figure

En effet, Contrôle : 23,2 + 25,4 + 27,4 + 24,0 = 100 et 21,8 + 24,3 + 26,9 + 27,0 = 100.

Réponse : a. 22,5 % et 25,5 % ; b. 48,7 % et 53,2 % ; c. hommes 23,2 / 25,4 / 27,4 / 24,0 % et femmes 21,8 / 24,3 / 26,9 / 27,0 %.

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Exercice 29 : Adhérents d'un club et tableau croisé

Revoir l’énoncé de l’exercice 29

Énoncé de l'exercice 29 sur la loi binomiale et les variables aléatoires en première : Adhérents d'un club et tableau croisé – corrigé loi binomiale

Figure de l'exercice 29 : tableau croisé natation N et femmes F à compléter, avec n femmes nageuses, 60 femmes, 70 nageurs et 200 adhérents
Figure de l’énoncé

a. On tire une fiche au hasard parmi les 200 adhérents, dont 70 pratiquent la natation :

Ensuite :\[ P(N) = \dfrac{70}{200} = 0{,}35 \]

Parmi les 60 femmes, n pratiquent la natation, donc :

De plus :\[ P_F(N) = \dfrac{P(F \cap N)}{P(F)} = \dfrac{n}{60} \]

Par ailleurs, b. Si N et F sont indépendants, savoir que l’adhérent est une femme ne change pas la probabilité qu’il pratique la natation : \( P_F(N) = P(N) \). Donc :

Ainsi :\[ \dfrac{n}{60} = 0{,}35 \iff n = 0{,}35 \times 60 = 21 \]

On complète alors le tableau par différences : 60 − 21 = 39 femmes sans natation ; 70 − 21 = 49 hommes nageurs ; 200 − 60 = 140 hommes ; 140 − 49 = 91 hommes sans natation ; 200 − 70 = 130 adhérents sans natation.

Correction de l'exercice 29 : tableau croisé complété en rouge, n = 21, 39, 49, 91, 140 et 130 – corrigé loi binomiale
La réponse sur la figure

Donc, Vérification de l’indépendance : \( P(F) \times P(N) = 0{,}3 \times 0{,}35 = 0{,}105 \) et \( P(F \cap N) = \dfrac{21}{200} = 0{,}105 \).

Réponse : \( P(N) = 0{,}35 \), \( P_F(N) = \dfrac{n}{60} \) ; par indépendance \( P_F(N) = P(N) \), donc n = 21.

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Exercice 30 : Choix de deux billes dans une urne

Revoir l’énoncé de l’exercice 30

Énoncé de l'exercice 30 : Choix de deux billes dans une urne

Figure de l'exercice 30 : urne contenant cinq billes jaunes et trois billes bleues – corrigé loi binomiale
Figure de l’énoncé

L’urne contient 8 billes : 5 jaunes et 3 bleues. L’événement « couleurs différentes » est réalisé par les deux chemins B puis J, et J puis B.

Par ailleurs, Situation 1 : avec remise. La bille est remise : l’urne est la même au second tirage, les probabilités ne changent pas.

Correction de l'exercice 30, situation 1 : arbre pondéré avec remise, 3/8 et 5/8 au premier tirage, puis 3/8 vers B et 5/8 vers J après chaque branche
Situation 1 : l’arbre complété

Par conséquent :\[ P(\text{couleurs différentes}) = \dfrac{3}{8} \times \dfrac{5}{8} + \dfrac{5}{8} \times \dfrac{3}{8} = \dfrac{30}{64} = \dfrac{15}{32} \approx 0{,}47 \]

De même, Situation 2 : sans remise. Au second tirage, il ne reste que 7 billes, et la couleur tirée en premier a perdu une bille.

  • Après une bleue : 2 bleues et 5 jaunes, donc \( \dfrac{2}{7} \) et \( \dfrac{5}{7} \).
  • Après une jaune : 3 bleues et 4 jaunes, donc \( \dfrac{3}{7} \) et \( \dfrac{4}{7} \).
Correction de l'exercice 30, situation 2 : arbre pondéré sans remise, 3/8 et 5/8 au premier tirage, puis 2/7 et 5/7 après B, 3/7 et 4/7 après J – corrigé loi binomiale
Situation 2 : l’arbre complété

Ensuite :\[ P(\text{couleurs différentes}) = \dfrac{3}{8} \times \dfrac{5}{7} + \dfrac{5}{8} \times \dfrac{3}{7} = \dfrac{30}{56} = \dfrac{15}{28} \approx 0{,}54 \]

Réponse : avec remise \( \dfrac{15}{32} \) ; sans remise \( \dfrac{15}{28} \).

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Corrigé des exercices 31 à 33 sur la loi binomiale et les variables aléatoires en première

Exercice 31 : Supermarché implanté vers un village

Revoir l’énoncé de l’exercice 31

Énoncé de l'exercice 31 sur la loi binomiale et les variables aléatoires en première : Supermarché implanté vers un village

Figure de l'exercice 31 : arbre pondéré à compléter, premier niveau H et H barre, second niveau F et F barre – corrigé loi binomiale
Figure de l’énoncé

Sur les 1 800 habitants, 850 sont des hommes et donc 1 800 − 850 = 950 sont des femmes. 340 hommes et 608 femmes sont favorables.

De plus, a. Les probabilités du premier niveau et les probabilités conditionnelles :

  • \( P(H) = \dfrac{850}{1\,800} = \dfrac{17}{36} \) et \( P(\overline{H}) = \dfrac{950}{1\,800} = \dfrac{19}{36} \) ;
  • \( P_H(F) = \dfrac{340}{850} = 0{,}4 \) et \( P_H(\overline{F}) = 0{,}6 \) ;
  • \( P_{\overline{H}}(F) = \dfrac{608}{950} = 0{,}64 \) et \( P_{\overline{H}}(\overline{F}) = 0{,}36 \).
Correction de l'exercice 31 : arbre pondéré complété en rouge, 17/36 et 19/36 au premier niveau, 0,4 et 0,6 après H, 0,64 et 0,36 après H barre
La réponse sur la figure

Par ailleurs, b. Par la formule des probabilités totales :

Ainsi :\[ P(F) = P(H) \times P_H(F) + P(\overline{H}) \times P_{\overline{H}}(F) = \dfrac{17}{36} \times 0{,}4 + \dfrac{19}{36} \times 0{,}64 = \dfrac{948}{1\,800} = \dfrac{79}{150} \approx 0{,}53 \]

Donc, (On retrouve directement \( \dfrac{340 + 608}{1\,800} = \dfrac{948}{1\,800} \).)

Également, c. On cherche \( P_F(\overline{H}) \) :

Par conséquent :\[ P_F(\overline{H}) = \dfrac{P(\overline{H} \cap F)}{P(F)} = \dfrac{608 / 1\,800}{948 / 1\,800} = \dfrac{608}{948} \approx 0{,}64 \]

Réponse : \( P(F) \approx 0{,}53 \) ; sachant que l’habitant est favorable, la probabilité que ce soit une femme est environ 0,64.

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Exercice 32 : Programme réalisé avec Python et fréquence d'apparition

Revoir l’énoncé de l’exercice 32

Énoncé de l'exercice 32 : Programme réalisé avec Python et fréquence d'apparition – corrigé loi binomiale

Le programme de l’énoncé :

En effet, from random import *
n=0
for i in range(10000):
    a=randint(1,6)
    b=randint(1,6)
    c=randint(1,6)
    S=a+b+c
    if S==9:
        n=n+1
f=n/10000
print(« f= »,f)

1. a. Les lignes (1), (2) et (3) simulent chacune le lancer d’un dé équilibré à six faces : randint(1,6) renvoie un entier au hasard entre 1 et 6. Puis la ligne (4) calcule la somme S des trois dés. Ensuite, n compte les expériences où S = 9, et f = n/10000 est la fréquence de la somme 9.

De plus, b. Le résultat varie d’une exécution à l’autre ; on obtient une valeur proche de 0,116 (par exemple 0,114 ou 0,118). De plus, la probabilité théorique est \( \dfrac{25}{216} \approx 0{,}116 \) (voir l’exercice suivant).

2. a. Il suffit de remplacer le test if S==9: par if S==10: (et, pour la lisibilité, d’appeler le résultat g).

Suite du corrigé corrigé loi binomiale

Ainsi, b. On obtient une fréquence g proche de 0,125 (par exemple 0,124 ou 0,127). Ensuite, la probabilité théorique est \( \dfrac{27}{216} = 0{,}125 \).

Donc, 3. Le Grand Duc de Toscane avait remarqué qu’en lançant trois dés, la somme 10 sort plus souvent que la somme 9, bien que ces deux sommes s’écrivent chacune de 6 façons comme somme de trois entiers entre 1 et 6. Sur 10 000 lancers, la simulation donne g ≈ 0,125 plus grand que f ≈ 0,116 : en répétant plusieurs fois la simulation, g reste presque toujours supérieure à f, donc la conjecture semble correcte (elle est démontrée dans l’exercice suivant).

Réponse : f ≈ 0,116 et g ≈ 0,125 ; la somme 10 apparaît plus souvent que la somme 9, la conjecture semble correcte.

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Exercice 33 : Un dé équilibré à six faces

Revoir l’énoncé de l’exercice 33

Énoncé de l'exercice 33 sur la loi binomiale et les variables aléatoires en première : Un dé équilibré à six faces

a. Chacun des trois lancers donne 6 résultats possibles, et un triplet est une suite ordonnée de trois résultats. D’après le principe multiplicatif, il y a \( 6 \times 6 \times 6 = 6^3 = 216 \) triplets différents, tous équiprobables puisque le dé est équilibré.

Également, b. La liste de l’énoncé contient 3 lignes de 9 triplets, soit 27 triplets de somme 10. Donc :

Par conséquent :\[ P(S = 10) = \dfrac{27}{216} = \dfrac{1}{8} = 0{,}125 \]

c. On procède de même pour la somme 9, en partant des décompositions sans tenir compte de l’ordre, puis en comptant les ordres possibles :

  • 1 + 2 + 6 : trois nombres différents, 6 triplets ;
  • 1 + 3 + 5 : 6 triplets ;
  • 1 + 4 + 4 : deux nombres égaux, 3 triplets : (1 ; 4 ; 4), (4 ; 1 ; 4), (4 ; 4 ; 1) ;
  • 2 + 2 + 5 : 3 triplets ;
  • 2 + 3 + 4 : 6 triplets ;
  • 3 + 3 + 3 : 1 triplet.

Total : 6 + 6 + 3 + 3 + 6 + 1 = 25 triplets. Donc :

En effet :\[ P(S = 9) = \dfrac{25}{216} \approx 0{,}116 \]

Ensuite, d. \( \dfrac{27}{216} \gt \dfrac{25}{216} \) : la somme 10 est plus probable que la somme 9. Par ailleurs, la conjecture du Grand Duc est correcte. Puis le paradoxe vient de ce qu’on compte les décompositions (6 pour chaque somme) au lieu des triplets ordonnés : la décomposition 3 + 3 + 3 de 9 ne donne qu’un seul triplet, alors que chacune des 6 décompositions de 10 en donne au moins 3.

Réponse : 216 triplets ; \( P(S = 10) = \dfrac{27}{216} = \dfrac{1}{8} \) ; \( P(S = 9) = \dfrac{25}{216} \) ; la conjecture est correcte.

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La méthode à retenir sur la loi binomiale et les variables aléatoires

  • Une loi de probabilité se présente en tableau ; la somme des probabilités vaut toujours 1 (c’est l’équation qui donne une probabilité inconnue).
  • Donc, Espérance : \(E(X) = \sum x_i \, P(X = x_i)\) ; un jeu est favorable si l’espérance du gain est positive, équitable si elle est nulle.
  • Également, « Au moins un » : passer par l’événement contraire « aucun », puis \(1 – \dots\)
  • Par conséquent, Épreuve de Bernoulli : deux issues seulement, succès de probabilité \(p\) et échec de probabilité \(1 – p\).
  • En effet, Pour \(P(a \lt X \leqslant b)\), lister précisément les valeurs concernées en regardant les inégalités strictes ou larges.

Les erreurs fréquentes

  • Oublier le signe moins d’une perte dans le calcul de l’espérance.
  • Ensuite, Confondre \(P(X \gt 3)\) et \(P(X \geqslant 3)\) : la valeur 3 n’est comptée que dans la seconde.
  • Compter 36 dominos (comme deux dés) au lieu de 28 : 1-2 et 2-1 sont le même domino.
  • De plus, Calculer « au moins un Pile » en ajoutant des probabilités au lieu de passer par le contraire.
  • Par ailleurs, Oublier de simplifier les puissances : \(6^3 = 2^3 \times 3^3\) permet de simplifier avec \(3^5\).

Questions fréquentes

Que signifie concrètement une espérance de \(-1\) € ?

Cela signifie que, sur un très grand nombre de parties, le gain moyen par partie se rapproche de \(-1\) € : on perd environ 1 € par partie. Sur une seule partie, on peut gagner, mais à long terme le jeu est perdant.

Quel est le lien entre épreuve de Bernoulli et loi binomiale ?

Donc, Répéter \(n\) fois, de façon indépendante, la même épreuve de Bernoulli de paramètre \(p\) forme un schéma de Bernoulli. Ensuite, le nombre de succès suit alors la loi binomiale \(\mathscr{B}(n\,;p)\), dont les probabilités ressemblent aux produits de puissances simplifiés dans l’exercice 2.

Comment vérifier une loi de probabilité ?

Également, on vérifie que chaque probabilité est comprise entre 0 et 1 et que leur somme est égale à 1. Puis pour les tirages équiprobables, on vérifie aussi que le total des cas comptés est égal au nombre d’objets, comme 28 dominos ou 15 jetons.

Pour aller plus loin :

Comment utiliser cette fiche corrigé loi binomiale

Tout d’abord, fais l’exercice sans regarder la solution. Ensuite, vérifie chaque résultat avec soin. Ainsi, tu repères vite tes erreurs de méthode. Par ailleurs, corrigé loi binomiale en première demande surtout de la régularité.

Par exemple, note sur une fiche les pièges rencontrés. Enfin, pour aller plus loin, l’article Loi binomiale de Wikipédia présente la notion autrement. Également, tu peux continuer avec corrigé des 31 exercices sur les vecteurs et droites du plan en 1ère.

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