5ème Statistiques et probabilités probabilitéshasardéquiprobabilitéévénementfréquenceéchelle de probabilité

Probabilités

Probabilités en 5ème : vocabulaire du hasard, échelle de probabilité, situations d'équiprobabilité, calcul de probabilités simples, répétition d'une expérience aléatoire et tableau d'effectifs et de fréquences.

Définitions

Définition 1 — expérience aléatoire, issue, événement. Une expérience aléatoire est une expérience dont on connaît tous les résultats possibles, sans pouvoir prévoir lequel se produira. Chaque résultat possible est une issue ; un événement est constitué d’une ou plusieurs issues.

MotDéfinitionExemple (lancer d’un dé)
Issueun résultat possibleobtenir 4
Événementune ou plusieurs issues« obtenir un nombre pair »
Probabilitéla chance qu’un événement se réalise12\dfrac{1}{2} pour « pair »

Exemple : pour le lancer d’un dé, « obtenir 4 » est une issue ; « obtenir un nombre pair » est un événement, formé des trois issues 2, 4 et 6.

Définition 2 — probabilité. La probabilité d’un événement est un nombre qui mesure sa chance de se réaliser. On peut l’écrire en fraction, en nombre décimal ou en pourcentage. Exemple : P(pair)=12=0,5=50 %P(\text{pair}) = \dfrac{1}{2} = 0{,}5 = 50\,\% pour un dé équilibré ; « une chance sur quatre » se traduit par la probabilité 14\dfrac{1}{4}.

Définition 3 — équiprobabilité. Il y a équiprobabilité lorsque toutes les issues ont exactement la même chance de se produire. Les énoncés le signalent toujours, par des mots comme « équilibré », « bien équilibré » ou « indiscernables au toucher ».

ÉquiprobableNon équiprobable
Un dé équilibréUn dé pipé
Une pièce équilibréeUne punaise lancée en l’air
Des boules indiscernables au toucherDes boules de tailles différentes

Exemple : les six faces d’un dé équilibré ont chacune la probabilité 16\dfrac{1}{6}.

Définition 4 — fréquence observée. Quand on répète réellement une expérience aléatoire, la fréquence observée d’une issue est

freˊquence=effectif de l’issuenombre de reˊpeˊtitions\text{fréquence} = \frac{\text{effectif de l'issue}}{\text{nombre de répétitions}}

Exemple : sur 50 lancers d’un dé, le 6 sort 9 fois : sa fréquence observée est 950=0,18\dfrac{9}{50} = 0{,}18.

Propriétés

Propriété 1 — l’échelle de probabilité. Une probabilité est toujours comprise entre 0 et 1. Un événement impossible a une probabilité de 00, un événement certain une probabilité de 11 ; aucune probabilité ne peut sortir de cet intervalle.

00  \;12\dfrac{1}{2}  \;11
impossiblepeu probableune chance sur deuxprobablecertain
0 %0\,\%50 %50\,\%100 %100\,\%

Exemple : « obtenir 7 avec un dé à 6 faces » est impossible : probabilité 00. « Le soleil se lève demain » est certain : probabilité 11.

Propriété 2 — calcul en situation d’équiprobabilité. Lorsque toutes les issues ont la même chance de se produire :

P(eˊveˊnement)=nombre d’issues favorablesnombre total d’issuesP(\text{événement}) = \frac{\text{nombre d'issues favorables}}{\text{nombre total d'issues}}

Exemple : « obtenir un nombre pair » avec un dé équilibré : 3 issues favorables (2, 4, 6) sur 6 au total : P=36=12P = \dfrac{3}{6} = \dfrac{1}{2}.

Propriété 3 — somme des probabilités des issues. La somme des probabilités de toutes les issues d’une expérience aléatoire vaut toujours 11. Exemple : pour un dé équilibré à 6 faces, 16+16+16+16+16+16=66=1\dfrac{1}{6} + \dfrac{1}{6} + \dfrac{1}{6} + \dfrac{1}{6} + \dfrac{1}{6} + \dfrac{1}{6} = \dfrac{6}{6} = 1.

Propriété 4 — fréquences et probabilité. La probabilité vient du modèle et ne change pas ; la fréquence observée vient de l’expérience réalisée et varie d’une série à l’autre. Plus le nombre de répétitions est grand, plus les fréquences observées se rapprochent des probabilités, sans leur être exactement égales.

FréquenceProbabilité
D’où vient-elle ?de l’expérience réaliséedu modèle (équiprobabilité)
Change-t-elle ?oui, à chaque nouvelle sérienon

Exemple : sur 200 lancers d’une pièce équilibrée, obtenir 92 piles (fréquence 0,460{,}46, proche de 0,50{,}5) n’a rien de surprenant — et la probabilité de pile reste 12\dfrac{1}{2}.

Méthodes

Méthode 1 — placer un événement sur l’échelle de probabilité.

  1. Se demander si l’événement est impossible (probabilité 0), certain (probabilité 1), ou entre les deux.
  2. S’il est entre les deux, le comparer aux repères 00, 12\dfrac{1}{2} et 11, en calculant sa probabilité quand c’est possible (Propriété 2).

Exemple résolu : « obtenir 10 fois de suite un 6 avec un dé » se place tout près de 0 ; « obtenir un 6 » en 16≈0,17\dfrac{1}{6} \approx 0{,}17 ; « obtenir pile » exactement en 12\dfrac{1}{2} ; « ne pas gagner la cagnotte du Loto » tout près de 1 ; « le soleil se lève demain » en 1.

Méthode 2 — calculer une probabilité.

  1. Vérifier que la situation est équiprobable : « équilibré », « indiscernables au toucher » (Définition 3).
  2. Compter le nombre total d’issues.
  3. Compter les issues favorables à l’événement.
  4. Écrire la fraction favorablestotal\dfrac{\text{favorables}}{\text{total}} et la simplifier (Propriété 2).

Exemple résolu : une urne contient 3 boules vertes et 4 jaunes, indiscernables au toucher. Total : 3+4=73 + 4 = 7 issues ; favorables : 3. Donc P(verte)=37P(\text{verte}) = \dfrac{3}{7} — et non 34\dfrac{3}{4}.

Méthode 3 — passer d’une écriture à l’autre.

  1. Fraction → décimal : effectuer la division.
  2. Décimal → pourcentage : multiplier par 100.
  3. « Une chance sur nn » se traduit par la probabilité 1n\dfrac{1}{n}.

Exemple résolu : P=14=1÷4=0,25=25 %P = \dfrac{1}{4} = 1 \div 4 = 0{,}25 = 25\,\% : c’est « une chance sur quatre ».

Méthode 4 — répéter une expérience et dresser le tableau des fréquences.

  1. Répéter l’expérience et noter chaque résultat dans un tableau d’effectifs.
  2. Calculer la fréquence de chaque issue : effectif ÷ nombre de répétitions (Définition 4).
  3. Vérifier que la somme des fréquences vaut 1.
  4. Comparer les fréquences aux probabilités du modèle (Propriété 4) : proches, mais pas forcément égales.
Face123456Total
Effectif871097950
Fréquence0,160{,}160,140{,}140,200{,}200,180{,}180,140{,}140,180{,}1811

Exemple résolu : sur 50 lancers d’un dé, le 6 sort 9 fois : fréquence 950=0,18\dfrac{9}{50} = 0{,}18, proche de 16≈0,167\dfrac{1}{6} \approx 0{,}167. Une autre série de 50 lancers donnerait d’autres fréquences.

Pièges classiques

Le hasard n’a pas de mémoire. Une pièce équilibrée est tombée 4 fois de suite sur pile : beaucoup pensent que face « est due ». C’est faux : la pièce ne se souvient de rien, la probabilité d’obtenir pile au cinquième lancer reste 12\dfrac{1}{2} (Propriété 4 : la probabilité ne change pas).

Le dénominateur est le nombre total d’issues. Dans une urne de 3 boules vertes et 4 jaunes, P(verte)=37P(\text{verte}) = \dfrac{3}{7} — et non 34\dfrac{3}{4} : on divise par le nombre total de boules, jamais par le nombre de boules de l’autre couleur (Méthode 2).

Fréquence n’est pas probabilité. Obtenir 92 piles sur 200 lancers (fréquence 0,460{,}46) ne rend pas la pièce truquée et ne change pas la probabilité, qui reste 0,50{,}5 (Propriété 4).

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