Matiko Logo

10 ex.

Difficulté :
L'essentiel du cours (2 notions)

Espérance, variance et écart type

Formule : $E(X) = \sum x_i p_i$, $V(X) = \sum (x_i - E(X))^2 p_i$, $\sigma(X) = \sqrt{V(X)}$

Méthode : 1. Dresser le tableau de la loi de probabilité de $X$. 2. Calculer la moyenne théorique $E(X)$. 3. Calculer la variance $V(X)$, puis $\sigma(X) = \sqrt{V(X)}$.

Exemple : Si $P(X=10)=0,2$ et $P(X=0)=0,8$ : $E(X)=2$ et $V(X)=(10-2)^2 \times 0,2 + (0-2)^2 \times 0,8 = 16$.

Équité d'un jeu et espérance

Définition : Le gain net d'un joueur est modélisé par une variable aléatoire $X$. Un jeu est dit équitable si $E(X) = 0$, et favorable si $E(X) > 0$.

Méthode : 1. Exprimer le gain net $X$ en fonction de la mise $m$. 2. Calculer $E(X)$ en fonction de $m$. 3. Résoudre l'équation $E(X) = 0$.

Exemple : Un jeu rapportant $10$ € avec probabilité $0,3$ donne $E(X) = 3 - m$. L'équité implique une mise $m = 3$ €.

★ Standard

Un sac contient $10$ jetons identiques au toucher : $5$ jetons rouges, $3$ jetons verts et $2$ jetons jaunes.

Un joueur tire un jeton au hasard dans le sac :

  • Si le jeton est rouge, le joueur perd $2$ €.
  • Si le jeton est vert, le joueur gagne $1$ €.
  • Si le jeton est jaune, le joueur gagne $5$ €.

On note $X$ la variable aléatoire égale au gain algébrique du joueur en euros.

Déterminer l'espérance mathématique de $X$, notée $E(X)$, sous forme d'un nombre décimal.

★ Standard

Soit $X$ une variable aléatoire dont la loi de probabilité est donnée par le tableau ci-dessous, où $k$ est un nombre réel :

$$\begin{array}{c|ccc}x_i & -2 & 1 & k \\ \hline P(X = x_i) & 0{,}2 & 0{,}5 & 0{,}3\end{array}$$

On sait que l'espérance de la variable aléatoire $X$ est égale à $2{,}2$.

1. Exprimer l'espérance $E(X)$ en fonction de $k$.

2. En déduire la valeur du nombre $k$.

Saisir la valeur du nombre $k$.

★ Standard

Un jeu de foire consiste à faire tourner une roue équilibrée divisée en 10 secteurs égaux :

  • 5 secteurs rapportent $0$ € ;
  • 3 secteurs rapportent $4$ € ;
  • 2 secteurs rapportent $10$ €.

On note $G$ la variable aléatoire représentant le gain brut du joueur (la somme remportée sans déduire la mise). Pour jouer une partie, le joueur doit payer une mise égale à $m$ euros.

En calculant d'abord l'espérance du gain brut $E(G)$, déterminer la valeur de la mise $m$ pour que ce jeu soit équitable.

Saisir la valeur de la mise $m$.

★ Standard

Un jeu de kermesse propose le fonctionnement suivant : pour jouer une partie, un joueur doit payer une mise de $3$ €.

Il tire ensuite une bille au hasard dans un sac opaque contenant $8$ billes identiques au toucher :

  • $1$ bille rouge qui permet de recevoir $15$ € ;
  • $3$ billes vertes qui permettent de recevoir $5$ € chacune ;
  • $4$ billes jaunes qui ne rapportent rien ($0$ €).

On définit le gain algébrique d'un joueur comme la différence entre la somme reçue et la mise payée.

Déterminer le gain algébrique moyen d'un joueur par partie, exprimé sous forme décimale.

★ Standard

Un jeu de hasard consiste à tirer une carte. On note $X$ la variable aléatoire représentant le gain algébrique du joueur, en euros.

La loi de probabilité de $X$ est donnée par le tableau suivant :

$${\begin{array}{|c|c|c|c|c|}\hline x_i & -2 & 0 & 3 & 5 \\ \hline P(X = x_i) & 0{,}15 & 0{,}35 & 0{,}30 & 0{,}20 \\ \hline \end{array}}$$

Déterminer la probabilité que le gain du joueur soit d'au plus $3$ euros.

Saisir la valeur de la probabilité sous forme décimale.

★★ Avancé

Une entreprise de transport analyse le retard, exprimé en minutes, de ses navettes automatisées. On note $X$ la variable aléatoire représentant le retard constaté sur un trajet choisi au hasard.
Les seules valeurs de retard possibles sont $0$, $5$, $10$ et $15$ minutes.

On dispose des informations suivantes :

  • La probabilité que le retard soit nul est $P(X = 0) = 0{,}4$.
  • Un retard de $5$ minutes et un retard de $15$ minutes ont la même probabilité d'apparaître, notée $p$.
  • La probabilité que le retard soit d'au moins $10$ minutes est égale à $0{,}35$.

Un trajet est qualifié de « fluide » si son retard ne dépasse pas $8$ minutes.
Déterminer la probabilité qu'un trajet choisi au hasard soit fluide.

★★ Avancé

Un jeu d'argent attribue un gain algébrique $X$ (en euros) à chaque partie. La répartition des probabilités est donnée dans le tableau ci-dessous, où $m$ désigne une valeur de gain inconnue et $p$ la probabilité associée :

$$\begin{array}{|c|c|c|c|}\hline x_i & -10 & 5 & m \\ \hline P(X = x_i) & 0{,}2 & 0{,}5 & p \\ \hline \end{array}$$

En moyenne, sur un grand nombre de parties, le gain d'un joueur s'élève à $3{,}5\text{ €}$ par partie.

Saisir la valeur de $m$.

★★ Avancé

Une urne contient $10$ jetons identiques au toucher : $2$ rouges, $3$ bleus et $5$ verts.

Un jeu consiste à tirer successivement et sans remise $2$ jetons de cette urne.

  • Si les deux jetons sont de la même couleur, le joueur gagne $10\text{ €}$.
  • Si les deux jetons sont de couleurs différentes, le joueur gagne $1\text{ €}$.

On note $X$ la variable aléatoire égale au gain du joueur en euros.

Saisir la valeur de l'espérance $E(X)$.

★★ Avancé

Une urne contient $10$ boules indiscernables au toucher : $3$ rouges, $4$ vertes et $3$ bleues.

Un joueur paye une mise de $m$ euros pour effectuer un unique tirage au hasard d'une boule dans cette urne :

  • S'il tire une boule rouge, il reçoit $15$ euros ;
  • S'il tire une boule verte, il reçoit $5$ euros ;
  • S'il tire une boule bleue, il ne reçoit rien.

On cherche à déterminer la valeur de la mise $m$, en euros, pour que ce jeu soit équitable, c'est-à-dire pour que le gain algébrique moyen par partie soit nul.

Saisir la valeur de $m$.

★★★ Challenge

Une urne contient $8$ jetons indiscerneables au toucher : $4$ rouges, $3$ bleus et $1$ noir. Un joueur tire simultanément $2$ jetons de cette urne.

Les règles du jeu sont les suivantes :

  • Si le jeton noir fait partie des jetons tirés, le joueur reçoit $22$ €.
  • Sinon, si les deux jetons tirés sont de la même couleur, le joueur reçoit $14$ €.
  • Dans tous les autres cas, le joueur ne reçoit rien.

Pour participer à ce jeu, le joueur doit payer une mise initiale de $m$ euros. On suppose que le jeu est équitable.

Déterminer la valeur numérique de la mise $m$ (en euros).