1ʳᵉ spé · Chapitre 11 · Probabilités et statistiques
Devoir surveillé — Échantillonnage et simulation
Sujet type, 60 min, barème sur 20 points. À faire en conditions réelles avant de regarder le corrigé.
Sommaire
Sujet type DS — 60 min, barème sur 20 points. Faites-le en conditions réelles avant de regarder le corrigé (PDF).
Exercice 1 (6 points) — Python : simulation et listes
Dans tout l'exercice, on suppose exécutée l'instruction from random import random, randint, choice.
-
Répondre aux questions suivantes.
a. Quelles valeurs peut renvoyer
randint(2, 5)?b. Dans quel intervalle se trouve le nombre renvoyé par
random()?c. Quelles valeurs peut renvoyer
choice([1, 1, 1, 3]), et avec quelles probabilités ?d. On pose
L = [7, 3, 9, 3]. Que valentL[1],len(L)etsum(L)?e. Qu'affiche l'instruction
print([2*k for k in range(4)])?f. Écrire un test utilisant
random()qui vautTrueavec probabilité . -
Une variable aléatoire a pour loi de probabilité :
Recopier et compléter la fonction suivante pour qu'elle simule la variable aléatoire par la méthode du cumul des probabilités :
from random import random
def simule_X():
r = random()
if r < ...:
return ...
elif r < ...:
return 2
else:
return 5
- Recopier et compléter la fonction suivante pour qu'elle construise la liste d'un échantillon de taille
nde (en réutilisant la fonctionsimule_X) et renvoie la moyenne de cet échantillon :
def moyenne_echantillon(n):
echantillon = []
for k in range(n):
echantillon.append(...)
return ... / ...
Exercice 2 (7 points) — Le temps d'attente à la borne de retrait
Un magasin installe une borne automatique de retrait des commandes. Selon l'affluence, un client qui se présente à la borne attend minute (borne libre), minutes ou minutes. On note la variable aléatoire égale au temps d'attente, en minutes, d'un client pris au hasard. Sa loi de probabilité est :
-
Calculer l'espérance et interpréter ce résultat dans le contexte.
-
Calculer , puis en déduire la variance à l'aide de la formule de König-Huygens, et enfin l'écart type .
-
Un employé écrit le programme Python suivant, dans lequel la fonction
attente()simule la variable aléatoire :
from random import random
def attente():
r = random()
if r < 0.3:
return 0
elif r < 0.8:
return 5
else:
return 10
def moyenne_echantillon(n):
echantillon = [attente() for k in range(n)]
return sum(echantillon) / n
for n in [10, 100, 1000, 10000]:
print(n, moyenne_echantillon(n))
Une exécution de ce programme a affiché :
10 5.5
100 4.85
1000 4.53
10000 4.5065
a. Aucune de ces quatre moyennes n'est égale à , et une autre exécution du programme donnerait quatre valeurs différentes. Comment s'appelle ce phénomène ?
b. Décrire l'évolution des moyennes affichées lorsque augmente, et énoncer le principe général qui permet d'estimer une espérance à partir d'un échantillon.
- Sur son site, le magasin annonce : « à la borne de retrait, moins de minutes d'attente en moyenne ». En vous appuyant sur les questions précédentes, dire si cette annonce est crédible, en distinguant bien ce qui se passe en moyenne de ce qui peut arriver à un client donné.
Exercice 3 (7 points) — Contrôle qualité sur une chaîne d'embouteillage
Une machine remplit des briquettes de jus de pomme. Lorsque la machine est bien réglée, le volume versé dans une briquette est une variable aléatoire d'espérance mL et d'écart type mL (valeurs admises dans tout l'exercice).
Pour contrôler le réglage, le responsable qualité prélève chaque heure un échantillon de briquettes et calcule la moyenne des volumes mesurés.
On rappelle le constat expérimental vu en cours : pour environ des échantillons de taille , la moyenne vérifie .
-
Calculer pour , puis en déduire un encadrement de vérifié par environ des échantillons de briquettes lorsque la machine est bien réglée.
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a. Lors du contrôle de h, le responsable obtient mL. Que peut-il conclure ?
b. Lors du contrôle de h, il obtient mL. Que peut-il conclure ? On attend une conclusion prudente : ce résultat prouve-t-il que la machine est déréglée ?
-
Le responsable veut automatiser le contrôle. Recopier et compléter la fonction suivante, qui reçoit la liste
Ldes volumes mesurés et renvoieTruesi la moyenne de l'échantillon sort de la zone de la question 1, etFalsesinon :
def alerte(L):
# L est la liste des volumes d'un echantillon
m = ... / len(L)
return abs(m - 240) > ...
- Le responsable envisage de prélever désormais briquettes à chaque contrôle. Calculer le nouvel écart , puis expliquer ce que ce choix apporte au contrôle et ce qu'il coûte en contrepartie.
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On peut le travailler ensemble dès cette semaine. La première heure est offerte — on fait le point honnêtement, et vous repartez au minimum avec une méthode.