Les probabilites

Dans la vie de tous les jours, il y a des choses dont on ne peut pas prédire le résultat à l'avance. C'est ce qu'on appelle le hasard. Une expérience aléatoire est une expérience dont le résultat dépend du hasard et ne peut pas être prédit avec certitude, même si on connaît toutes les conditions de l'expérience.

• Lancer une pièce de monnaie : va-t-elle tomber sur "Pile" ou "Face" ? Impossible de le savoir avant qu'elle ne tombe.
• Lancer un dé : quel chiffre va apparaître ? On ne peut pas le prédire.
• Tirer une carte d'un jeu : quelle carte sera tirée ? C'est une surprise.

Ces situations ont un résultat imprévisible. Le hasard est partout autour de nous !

Pour parler du hasard et des chances, on utilise un vocabulaire précis :

• Un événement est un ensemble de résultats possibles pour une expérience aléatoire. C'est ce que l'on attend ou ce que l'on observe.
  • Exemple : "Obtenir un nombre pair en lançant un dé" est un événement.
• Un événement certain est un événement qui se produira toujours. Sa probabilité est de 1 (ou 100%).
  • Exemple : "Obtenir un nombre inférieur à 7 en lançant un dé à 6 faces" est un événement certain.
• Un événement impossible est un événement qui ne se produira jamais. Sa probabilité est de 0 (ou 0%).
  • Exemple : "Obtenir un 7 en lançant un dé à 6 faces" est un événement impossible.
• Un événement élémentaire est un événement qui ne contient qu'un seul résultat possible.
  • Exemple : "Obtenir un 3 en lançant un dé" est un événement élémentaire.

Voyons quelques expériences aléatoires très courantes :

• Lancer de dé : Un dé classique a 6 faces numérotées de 1 à 6.
  • Les résultats possibles sont : {1, 2, 3, 4, 5, 6}.
  • L'événement "obtenir un 4" est un événement élémentaire.
  • L'événement "obtenir un nombre impair" est {1, 3, 5}.
• Tirage de carte : Dans un jeu de 32 cartes, il y a 4 familles (cœur, carreau, trèfle, pique) et 8 valeurs par famille (7, 8, 9, 10, Valet, Dame, Roi, As).
  • Les résultats possibles sont les 32 cartes.
  • L'événement "tirer un as" contient 4 résultats possibles (As de cœur, As de carreau, As de trèfle, As de pique).
• Lancer de pièce : Une pièce de monnaie a deux côtés : Pile et Face.
  • Les résultats possibles sont : {Pile, Face}.
  • Chaque résultat est un événement élémentaire.

La probabilité d'un événement est une mesure de sa chance de se produire. Elle nous dit à quel point un événement est probable.

• La valeur d'une probabilité est toujours comprise entre 0 et 1 (quand elle est exprimée en fraction ou en décimal).
  • 0 signifie que l'événement est impossible.
  • 1 signifie que l'événement est certain.
• Une probabilité peut être exprimée sous différentes formes :
  • Fraction : $\frac{1}{2}$
  • Décimal : $0,5$
  • Pourcentage : $50\%$

Ces trois écritures représentent la même probabilité. Plus la probabilité est proche de 1 (ou 100%), plus l'événement a de chances de se produire.

Pour calculer la probabilité d'un événement, on utilise souvent la formule suivante, surtout lorsque tous les résultats ont la même chance de se produire (on parle d'équiprobabilité) :

$P(\text{événement}) = \frac{\text{Nombre de cas favorables}}{\text{Nombre de cas possibles}}$

• Le nombre de cas favorables est le nombre de résultats qui correspondent à l'événement que l'on étudie. C'est le nombre de fois où ce que l'on attend peut se produire.
• Le nombre de cas possibles (ou nombre total de résultats) est le nombre total de tous les résultats différents qu'une expérience aléatoire peut produire.

• Nombre de cas possibles : 6 (les faces 1, 2, 3, 4, 5, 6).

Appliquons la formule à nos exemples :

• Probabilité d'obtenir un 6 en lançant un dé :
  • Cas favorables (obtenir un 6) : 1 (il n'y a qu'un seul 6 sur le dé).
  • Cas possibles : 6.
  • $P(\text{obtenir un 6}) = \frac{1}{6}$
• Probabilité de tirer une boule rouge dans une urne :
  • Imaginons une urne contenant 3 boules rouges et 7 boules bleues.
  • Cas favorables (boule rouge) : 3.
  • Cas possibles (total des boules) : $3 + 7 = 10$.
  • $P(\text{tirer une boule rouge}) = \frac{3}{10} = 0,3 = 30\%$
• Probabilité d'avoir Pile en lançant une pièce :
  • Cas favorables (Pile) : 1.
  • Cas possibles : 2 (Pile ou Face).
  • $P(\text{avoir Pile}) = \frac{1}{2} = 0,5 = 50\%$

N'oublie pas de simplifier les fractions quand c'est possible !

On peut visualiser les probabilités sur une échelle allant de 0 à 1 (ou de 0% à 100%).

0 (Impossible) ---------------- 0,5 (Peu probable) ---------------- 1 (Certain)

• Un événement avec une probabilité de 0 est placé tout à gauche (impossible).
• Un événement avec une probabilité de 1 est placé tout à droite (certain).
• Un événement avec une probabilité de 0,5 (ou 50%) est au milieu : il a autant de chances de se produire que de ne pas se produire.

• $P(\text{obtenir 7 avec un dé 6 faces}) = 0$ (Impossible)
• $P(\text{obtenir un nombre pair avec un dé 6 faces}) = \frac{3}{6} = \frac{1}{2} = 0,5$ (Autant de chances)
• $P(\text{obtenir un nombre < 7 avec un dé 6 faces}) = \frac{6}{6} = 1$ (Certain)

Comparer les probabilités permet de savoir quel événement a le plus de chances de se réaliser.

Pour les expériences plus complexes ou pour visualiser tous les résultats, on peut utiliser des outils :

• Tableau à double entrée : Utile pour combiner les résultats de deux expériences.
  • Exemple : Lancer deux dés. | Dé 1 / Dé 2 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |---|---|---|---|---|---|---| | 1 | (1,1) | (1,2) | ... | ... | ... | ... | | 2 | (2,1) | ... | ... | ... | ... | ... | | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | On aurait 36 cas possibles au total ($6 \times 6$).
• Arbre des possibles (simple) : Représente les différentes étapes d'une expérience et leurs résultats.
  • Exemple : Lancer une pièce deux fois.

    Départ
    ├── Pile (1er lancer) ───┬── Pile (2nd lancer) <span class="hk-arr">→</span> (P,P)
    │                       └── Face (2nd lancer) <span class="hk-arr">→</span> (P,F)
    └── Face (1er lancer) ───┬── Pile (2nd lancer) <span class="hk-arr">→</span> (F,P)
                             └── Face (2nd lancer) <span class="hk-arr">→</span> (F,F)
    

  Il y a 4 résultats possibles : (Pile, Pile), (Pile, Face), (Face, Pile), (Face, Face).

• La fréquence observée d'un événement est le nombre de fois où cet événement s'est produit divisé par le nombre total de répétitions de l'expérience, après avoir réalisé l'expérience un certain nombre de fois.
  • $\text{Fréquence} = \frac{\text{Nombre de réalisations de l'événement}}{\text{Nombre total d'expériences}}$
• La loi des grands nombres dit que plus on répète une expérience aléatoire un grand nombre de fois, plus la fréquence d'un événement se rapproche de sa probabilité théorique.
  • C'est pour cela que l'on peut faire des approximations de la probabilité en réalisant de nombreuses expériences. Si tu lances une pièce 10 fois, tu n'auras pas forcément 5 Pile et 5 Face. Mais si tu la lances 1000 fois, tu auras très probablement un nombre de Pile et Face très proche de 500 chacun.

Les probabilités ne sont pas que des maths abstraites, elles servent dans la vie de tous les jours !

• Situations de la vie courante :
  • Quelle est la probabilité qu'il pleuve demain ? (Prévisions météorologiques simplifiées).
  • Quelle est la probabilité de gagner à un jeu de grattage ?
• Jeux de hasard : Comprendre les probabilités aide à savoir si un jeu est "équitable" ou si les chances sont très faibles.
  • Au loto, la probabilité de gagner le gros lot est extrêmement faible.
• Les entreprises utilisent les probabilités pour évaluer des risques ou prendre des décisions.

Entraînons-nous !

1. Dés à plusieurs faces : Un dé à 8 faces est numéroté de 1 à 8.
   • Quelle est la probabilité d'obtenir un nombre pair ?
     • Cas favorables : {2, 4, 6, 8} → 4 cas.
     • Cas possibles : 8.
     • $P(\text{nombre pair}) = \frac{4}{8} = \frac{1}{2}$
2. Urnes avec différentes boules : Une urne contient 5 boules vertes, 4 boules jaunes et 1 boule bleue. On tire une boule au hasard.
   • Quelle est la probabilité de tirer une boule verte ?
     • Cas favorables (verte) : 5.
     • Cas possibles (total) : $5 + 4 + 1 = 10$.
     • $P(\text{verte}) = \frac{5}{10} = \frac{1}{2}$
   • Quelle est la probabilité de tirer une boule bleue ?
     • $P(\text{bleue}) = \frac{1}{10}$
3. Cartes à jouer (simplifié) : Dans un jeu de 32 cartes, on tire une carte.
   • Quelle est la probabilité de tirer un Roi ?
     • Il y a 4 Rois dans un jeu de 32 cartes.
     • $P(\text{Roi}) = \frac{4}{32} = \frac{1}{8}$

Calculer une probabilité, c'est bien, mais comprendre ce qu'elle signifie, c'est mieux !

• Le sens d'une probabilité : Une probabilité de $\frac{1}{4}$ (ou 25%) signifie que, si l'on répète l'expérience un grand nombre de fois, l'événement devrait se produire environ 1 fois sur 4.
• Prise de décision : Les probabilités peuvent aider à prendre des décisions éclairées. Par exemple, si la probabilité de rater un bus est de 80% si tu pars en retard, tu as intérêt à partir à l'heure !
• Limites des prédictions : Même si la probabilité nous donne une idée de la chance d'un événement, elle ne garantit jamais le résultat d'une expérience unique. Le hasard reste le hasard ! Un événement avec 1% de chance peut arriver, et un événement avec 99% de chance peut ne pas arriver.