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Utiliser la loi binomiale

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Exercice 1

Un restaurant a réalisé une enquête de satisfaction : 95 % de ses clients affirment avoir bien mangé.

Pour en savoir plus sur les raisons pour lesquelles certains clients ne sont pas satisfaits, le patron du restaurant sélectionne au hasard 20 personnes parmi tous ses clients ayant mangé récemment dans son établissement.

On suppose que cette sélection est assimilable à un tirage avec remise.

On appelle XX la variable aléatoire qui compte le nombre de clients non satisfaits dans cette sélection.

  1. Justifier que XX suit une loi binomiale dont on donnera les paramètres.

  2. Quelle est la probabilité que cette sélection contienne 3 clients non satisfaits ?

  3. Quelle est la probabilité que cette sélection contienne au plus 2 clients non satisfaits ?

  4. Dans cette question, on cherche à déterminer le nombre minimum de clients à sélectionner, noté nn, pour que la probabilité d’en avoir au moins un non satisfait soit supérieure ou égale à 0,99.

    1. Montrer que cela revient à résoudre l’inéquation 0,95n0,10,95^n \leqslant 0,1

    2. Résoudre cette inéquation et répondre à la question posée.

Correction
  1. On a une épreuve de Bernoulli, dont le succès est le fait que la personne choisie au hasard ne soit pas satisfaite, de probabilité p=0,05p=0,05.

On répète cette épreuve de Bernoulli 20 fois, de manière identique et indépendante (tirage avec remise). On a donc un schéma de Bernoulli.

Enfin, XX compte le nombre de succès dans ce schéma de Bernoulli.

XX suit donc une loi binomiale B(20;0,05)\mathcal{B}\left(20;0,05\right).

  1. On cherche P(X=3)P(X=3) :
P(X=3)=(203)(0,05)3(10,05)2030,060\begin{aligned} P(X=3) &= \dbinom{20}{3} \left(0,05\right)^3 \left(1-0,05\right)^{20-3} \\ &\approx 0,060 \end{aligned}
  1. On cherche P(X2)P(X\leqslant 2) :
P(X2)=P(X=0)+P(X=1)+P(X=2)0,925\begin{aligned} P(X\leqslant 2) &= P(X=0) + P(X=1) + P(X=2) \\ &\approx 0,925 \end{aligned}
    1. On a ici une loi binomiale B(n;0,05)\mathcal{B}\left(n;0,05\right) et on cherche à résoudre l’inéquation P(X1)0,99P(X \geqslant 1) \geqslant 0,99.

    En passant par l’événement contraire, on a :

    P(X1)0,991P(X=0)0,991(n0)(0,05)0(10,05)n00,9911×1×0,95n0,9910,990,95n0,95n0,01\begin{aligned} P(X \geqslant 1) \geqslant 0,99 &\Longleftrightarrow 1 - P(X = 0) \geqslant 0,99 \\ &\Longleftrightarrow 1 - \dbinom{n}{0} \left(0,05\right)^0 \left(1-0,05\right)^{n-0} \geqslant 0,99 \\ &\Longleftrightarrow 1 - 1 \times 1 \times 0,95^n \geqslant 0,99 \\ &\Longleftrightarrow 1 - 0,99 \geqslant 0,95^n \\ &\Longleftrightarrow 0,95^n \leqslant 0,01 \end{aligned}
    1. On résout l’équation en utilisant la fonction ln\ln.
    0,95n0,01ln(0,95n)ln(0,01)nln(0,95)ln(0,01)nln(0,01)ln(0,95) car ln(0,95)<0n89,8\begin{aligned} 0,95^n \leqslant 0,01 &\Longleftrightarrow \ln\left(0,95^n\right) \leqslant \ln(0,01) \\ &\Longleftrightarrow n\ln\left(0,95\right) \leqslant \ln(0,01) \\ &\Longleftrightarrow n \geqslant \dfrac{\ln(0,01)}{\ln\left(0,95\right)}\text{~car~}\ln\left(0,95\right) < 0 \\ &\Longleftrightarrow n \geqslant 89,8 \end{aligned}

    Il faut donc prendre au minimum 90 personnes pour que la probabilité d’en avoir au moins une non satisfaite dépasse 0,99.

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