Exercice I
1/
Les vecteurs U et V sont orthogonaux si et seulement si leur produit scalaire U.V est nul.
Or U.V = a(1 + b) – 5.1 + (1- a)b.
Donc U et V sont orthogonaux si et seulement si a – 5 + b = 0.
Les couples de numéros lus lors du tirage dont la somme est 5 sont :
(1 ;4) ; (2 ;3) ; (3 ; 2) et (4 ;1), avec pour chaque couple (tirage avec remise)
une probabilité de tirage de (1/4)2.
La probabilité que ces vecteurs soient orthogonaux est donc de 4
´ (1/4)2 = 1/4.
2/ a)
A1 désigne l'événement : « A gagne la première partie ».
Pour réaliser A1 il faut que A obtienne des vecteurs orthogonaux et B des vecteurs non orthogonaux,
tirages indépendants de probabilités respectives 1/4 et 3/4. Par suite p(A1) = 1/4.3/4 = 3/16.
Un raisonnement semblable au précédent conduit à p(B1) = 1/4.3/4 = 3/16.
Le jeu s'arrête à la fin de la première partie lorsque l'événement A1 È B1,
union des événements incompatibles A1 et B1, est réalisé. Il se poursuit dans le cas contraire.
Par suite C1 est l’événement contraire de A1 È B1 et
D'où P(C1) = 1 – 3/16 – 3/16) = 5/8.
b)
P(Cn + 1 / Cn) = 5 / 8 et par définition P(Cn + 1 / Cn) = P(Cn+1 Ç Cn) / P(Cn).
Mais puisque Cn+1 Ì Cn, Cn+1 Ç Cn = Cn+1, P(Cn+1 Ç Cn) = P(Cn+1) et P(Cn + 1 / Cn) = P(Cn+1) / P(Cn).
Soit P(Cn+1) = 5P(Cn) / 8, donc P(Cn) est le n-ième terme de la suite géométrique de
premier terme p(C1) = 5/8 et de raison 5/8.
Il en résulte que P(Cn) = P(C1) .( 5/8 )n – 1 = (5/8 )n.
Pour que A gagne la (n + 1) - ième partie il faut que le jeu continue après la n-ième partie,
que A obtienne au cours de cette (n + 1) - ième partie deux vecteurs orthogonaux et que
B n'obtienne pas de vecteurs orthogonaux.
En utilisant le même raisonnement que précédemment pour Cn+1,
P(An+1/Cn ) = 3/16 or P(An+1/Cn ) = p(An+1).Donc P(An+1/Cn ) = P(An+1)/P(Cn).
Il en résulte donc que p(An) = 3( 5/8 )n-1/16
3/ a)
Nous avons 0 < 5 / 8 < 1 donc la limite de P(An) lorsque n rend vers + ¥ est égale à 0.
On cherche le plus petit entier n tel que 3( 5/8 )n-1/16 £ 0,01.
En prenant le logarithme népérien des deux membres,
fonction croissante : (n – 1)ln( 5/8 ) + ln3 £ ln(0,16),
après calculs, nous trouvons que la plus petite valeur de n est 8.