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Leçon 9S1 · S3 · S1A
Espace probabilisé et probabilité produit
Le cours écrit
9.1 Un peu d'histoire
Le calcul des probabilités est né des jeux de hasard. En 1654, Blaise Pascal et Pierre de Fermat échangent des lettres sur des problèmes posés par un joueur, le chevalier de Méré : comment partager équitablement les mises d'une partie interrompue ? Est-il avantageux de parier sur « au moins un double six en lancers de deux dés » ? Christiaan Huygens publie peu après le premier traité sur le sujet. Jacques Bernoulli étudie la stabilisation des fréquences (son livre paraît en 1713), puis Pierre-Simon de Laplace fait des probabilités une vraie théorie (1812). En 1933, Andreï Kolmogorov donne la définition axiomatique utilisée aujourd'hui. Les probabilités sont désormais partout : médecine, assurance, économie, météorologie, télécommunications, contrôle de qualité.
9.2 Définition axiomatique
L'ensemble de toutes les parties de (les événements) se note .
Définition. Une probabilité sur est une application de dans telle que :
- et ;
- si , , …, sont des événements deux à deux disjoints, alors
Le triplet est appelé un espace probabilisé fini.
Conséquences, démontrées à partir des axiomes.
- Événements élémentaires. Un événement est la réunion disjointe des , donc : une probabilité est entièrement déterminée par les probabilités des événements élémentaires, dont la somme vaut . On retrouve la définition de la leçon 1.
- Contraire. et sont disjoints et : .
- Inclusion. Si , alors est la réunion disjointe de et de , donc .
- Réunion. est la réunion disjointe de et de , et celle de et de . Donc .
Exemple 1. Sur , on veut et . Les axiomes imposent et : il existe une seule probabilité qui convient.
Probabilité conditionnelle. Si , l'application vérifie les axiomes : , , et pour , …, deux à deux disjoints, les le sont aussi, ce qui donne l'additivité. C'est donc une probabilité sur ; toutes les conséquences ci-dessus s'appliquent à elle.
9.3 Probabilité produit
On réalise deux expériences aléatoires indépendantes : la première a pour univers , muni d'une probabilité , la seconde a pour univers , muni d'une probabilité . Le résultat global est un couple de l'univers produit .
Définition. La probabilité produit sur est la probabilité définie sur les événements élémentaires par
C'est bien une probabilité. Les nombres sont dans , et leur somme sur tous les couples vaut
Propriété. Pour et : . En particulier, l'événement « à la première expérience » () et l'événement « à la seconde » () sont indépendants.
Démonstration. On factorise la double somme comme ci-dessus : . Avec puis , on obtient et ; or l'intersection de ces deux événements est .
Exemple 2. On lance un dé équilibré, puis une pièce truquée qui tombe sur pile avec la probabilité . L'univers produit compte couples, qui ne sont pas équiprobables : , alors que . Et .
Généralisation. Pour expériences indépendantes, on définit de même la probabilité produit sur . Le schéma de Bernoulli (leçon 7) en est l'exemple principal : sur , une suite comportant succès a pour probabilité . C'est ce qui justifie la règle « on multiplie les branches » utilisée pour les épreuves successives indépendantes (leçon 4).
Exercice 14
- Exercice 14 : espace probabilisé et probabilité produit
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Corrigés
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