PROBABILITY TOTALES ET PROBABILITES COMPOSEES
25. La probabilite d'un evenement compose est le produit des probabilites des evenements simples dent il exrge la reunion
Un
cas doitelre pre'vu-, c'est celui oula probabilitedu secondeve-nement
est influenced parJa maniere dontse produit le premi'er.Si, par exemple, une urne contientdeux Louies blancheset deux boules noires, quelle estla
probabilite, en tirant deux bottles de suite sans les> remet^re dans Turne, pour obtenirles deux boules blanches? La probabilite d'en obtenir une an premier tirage est i;
niais, an second, elle est douteuse: egale a| si le premier tiragea enleve une boule nojire, elle sera|seulement si la boule disparue
estblanche. Quelleestcelle de ces deux fractions qui doit servir de rnulliplicateur? C'est laseconde, evidemment.
Dans
le premier desdeux
cas supposed, 1'evenementdemande
est devenuimpos-sible. Peu importe la probabilite des epreuves qui viennent ensuite.
\
La
probabilite d*un evenementcompose
est le produit de la probabilite du premier Evenement par la probabilite qu'acqmertle second
guand on
saitgue
lepremier
estarrive.On
a souventcommis
des errenrs graves en oubliant les dei1 -niers motsde cete'nonce*. v
26. Les deux theoremes pr^c^dents sontetdoivente*tre
incom-pletement demonlres. Laprobabilite, en effet, n'a ete defiuie que pour une classe tres rebtreinte d'evenemenls. 11 enexiste d'autres, incertainscomme
eux, dans lesqueU I'enum^ration des cas ne pent rien apprendre. Les principes leur sont-ils applicables?Sont-ils des a presentdemontres pour eux? Les principes sont applicables.
26 CA.LCUL DBS PROBABILITES.
Us ne sont pas encore d<montre"s.
Comment
le seraient~iIs? Lesprobabilitiesdontilsdonnentlamesuren'ontpasm<lmee"tedefinies.
Quelle est la probabilite pour que la Seine soit gelee a Paris
clans le couranl de Tannee 1990?
Pour
qu'un medecin appele pres d'un malade sache decouvrir la nature, la cause etleremede
dnmal?
Pour
qu'un hoznme age de quarante ans, aujourd'hui bien por-tant, atteigneTage desoixanle ans?11fautcompleter la definition; lous ces cas Ltii echappent.
La probabilite d'tm evenement, quelle qu'en soit la nature, est dile egale a une fraction donnee/?, Jorsque celni qui attend I
7
evc-neinenl pourrait echangerindifleremment le.s craintes on les espe-rances, les avantages on les inconvenieuts attaches a 1'arrivee de cet eve"nement contre lesconsequences supposees identiques de !a sortie d'une boule puisee dans une urne dout la composition fait naitre une pt'obabilileegale a/?.
Comment,
dans des cas tcls que ceux qu'on a cites, justifierune telle assimilation?
Ce
n"est pas en cemoment
la question. Si FassimiJation e^t impos>sible? on ne le fera pas. Si on la fait, ilhmdra
lajustifier.La
definition, dans Jes deux cas, resteirreprochable.Lorsque rassimilationsei-a faiteetjustifiee, on en acceptera les consequences.
On
aura le droitde dire, par exempts :Si, apres avoir appeleun inedecin, on evalue a
~
la probabilite pour qu'il vienne et a J la probabilitepourqu'il procure,s'ilvienl, la guerison du malade; sans discuter ces chifFres, celui qui les admet peut ajouter : Laprobabilite pour que le malade soitvisite*etgueri parle inedecin est,
pour
moi,Celui qui accepte, en effet, les probabilite*s -^et|-est, par defi-nition, dans le menoe doute que si, en presence de dix urnes indiscernables dont neuf renierment
une
boule blanche etdeux
boules noires, il cherchait la probabilite pour mettre lamain
sur I'une des neuf urnes dont lacomposition est connue eten tirer
une boule blanche. L'identite' de^
deux
problemes est admise; elle fait j>artie de I'^nonce. Sion
allegue ['impossibility de mesurer enCHAF. II. PROBABILITES TOTALES ET COMPOSEES. 27 chiffres les
probability's dontnous parlous, 1'objection serait anssi peu fondle que si, evaluani la longueur d'un
champ
d'apparence rectangulaire a 3oo m el la largeur a ioom, on contestait le droit d'ajouter,
independamment
de lonle verification, cesmesures, si douieusesqu'elles soient, et ces appreciations assignent au
champ
une surface de trois hectares.La
regie des probabililes totales et celle des probabilites com-posees s'appliqueront a loutes les combinaisons de probabilites simples -aupposees evaluees en nombres. L'evaluation sera plusou moins judiciVuse, plus oumoms
justified, les consequencesvau-(Jrontce
qu'elle vaut elle-meme, maissans introduire aucun doute nouveau.
Leb precautions prescribesdans
1'applicalion desdeux principes sont indispensables, bien entendu, quand on les transporte aux cas nouveaux.
II ne faudrait pasdire, par exemple :
La probabilite pour que la Seine soit gelee a Parisen 1996 est
la
somme
des probabililes pourqu'elle NOit gelee pendant chacun dc^ mois qui composent1'annee.Elle pentgeler, en effet, en plusieurs moih diflerents, et (23) 1'application du principe des probabilites totalesn'est paspermise.
Si Ton a evalu^ la probability pour qu'il gele demain a|, celle
pour qu'il tombe de la
neige a-{, la
probability pour voir ala ibis de la glace etde la neige n'est pas
~.
La gelee,en efl'et, si elle se presente, change la probabilite de la neige.Nous
citerons trois exemples inleressants d'erreurscommises
par Poubli de ces conditions necessaires dans 1'enonce des prin-cipes.27. PROBLEMS
XV. On
tirea
la cible.L'arme,
sans etre parfaite, ne presenteaucun
defaut systematique; les devia-tions ont en tous sensm&me
probabilite.U hypo
these est-elle realisable?On
lesuppose.Quelle estla probabilite
pour que
lepointfrappe
soita une
distancedu
but compriseentire r et4-dr?Les donneessont insuffisantes, cela sembleevident.
On
a rdsolu cependantle probleme par unefausse application desprincipes.28 CALCUL DES PROBABILITES.
Rapportons le point oufrappe la balle a deux axesde coordon-nees ayanl pour origine lecentre de la cible, c'est-a-dire le point que Ton veutatteindre. SoienL <p(#)
dx
la probability inconnue pour que Pabscisse du point frappetombe
entre so etx
-+-dx,v(y)dy
la probability pour que I'ordonneetombe
entrey
ety
4-dy. La probabililepour quelaballefrappelerectangledx
dy, dontles coordonnees sonla?ely. est, d'apres le principe des pro-babilites composees,CetLe probabilite, d'apres notre hypothese, ne doit dependre que deladistance du point frappe a 1'origine, et
Ton
doit avoirCette equation suffit pour determiner la fonction y.
On
en dedtiit, en prenant lesderivees successlvement par rapport a cc etLa fraction
-^
-est parconsequent constanle,elTon en conclulque la fonction <p(^?), qui doit s'annulei- quand
x
est infini, est de la formeCe
re^ultat, fort remarquable, n'est pas, malheureusement^acceptable.
La connaissance delavaleurde
x
changerail, en effet, la
proba-bilite de celle de
y
et le lacteur par lequel il faudraitmultiplier v(x)d3C) pour obtenir la probabilite d'un ecarty
dans tin sens,associe a un ecart
x
dans1'autre, serait une fonction incon)ue dex
etde^,
tres differentepeut-^tre dep(jK)-La
deviation de laballe depend, en effet, du soinplus ou moins grand et plus
ou
moins habile avec lequel le coup a ete prepare*.Si I'on a r^ussi sous uncertain pointde vue, il
y
a plusdeclxances pour que lecoup soit bon et que tons les ecarts soient petits en me'me temp^. Lademonstration precedenle ne tient aucuncomple
CHAP. II. PROBVBILITES TOTALES ET COMPOSEES. 29 de ceLte remarque; Jes probabilites
y
sont traiteescomme
ind6-pendanles.28.
Un
physicien justement celebre, Maxwell, a propose dans 1'etudo des gaz un raisonnement donlTillusionest semb]able.Les molecules d'un gaz, suivanl nne theorie que nousn'avons pas a discuter, se
meuvent
en Lous sens avec de grandes vitesses.Les directions sont regimes parle hasardaussibienqueles vitesses, mais loutes les vilesses ne sont pas egalement probables; la vitesse
maxima
et La vitessemoyenne
varienlavec la temperature.C'est la probabilite pour qu'une moleculeait nnevilesse donnee qn'on espere decouvrir, sans introduire d^autres conditions.
Soit <?(%) la probabilile pour que la composante paraliele a Taxe des
X
de la vitesse d'une molecule prise an hasard soit x.La
probabilite pour que les trois composantes soienl
x,y,
z paralle-lement aux trois axes sera, d'apres le theoreme des probabilitescomposees, proportionnelle
Mais La probabilite pour qu'une moleculeait unevitessedonnee, sans que 1'ou indique dans quel sens, doit ^tre une fonction de cetle vitesse, puisque toutes les directions sont supposces
egale-ment
possibles.On
doitdone avoiretcette condition suffit pour determinerlaforme dela fonction
<p.
On
en deduit,comme
(27),La demonstration n'est pas acceptable. Le principe des proba-bilites composers n'a pas et^ correctementapplique. Sila
compo-santedelavitesse d'une molecule parall&lementaI'axe des
X
est5?, lavaleurdex
supposeeconnue
influe surla probabilite pour quela vitesse composed parallelement a Taxe des
Y
soit y. Si, parexemple,
x
est gal a la vitesse maxima, lemouvement
estcertai-nement
dirig^ parallelement a Taxe desX,
et la probabilite dey
est nulle.
30 CALCUL DES PROBABIL1TES.
La
conclusion obtenue,independamment
des objections qtie la iheorie peaLfaire naitre, ne naerite done aucaneconfiance.29.
On
pourrail multiplier les exemples; nous en citerons tin troisieme :Un
me'teorologisle annonce chaque soir le temps qu'il fera le lendemain. La probabilitepourqu'il pronostiquejusteestsupposee egale a p.Un
secondobservateur fait, de son c6te, des predictions donl Inexactitude a pour probabilitep
]'.Les deux observateurs s'accordent pour predire qu'il pleuvra demain. Quelle est la probabihie pourqu'ils se Irompent tons les
deux?
La probabilite pour que le premierse trompe est t p.
La
probabilite pourque le second se trornpeest ip
1'.La
probabilite pour qu'ils se trompent tons les deux est une probabilite composed, mais elle n'est pas mesuree par le produitLa
probabilite composee estle produit de (i p) parlaproba-bilite'
pour que le second observateur se Lroinpe, quand on sait que le premier a fait un faux pronostic.
Les donne"es du probleme laissent cette probabilite
complete-men
tineon nue.Si Jes
deux
observateurs ont recu les me"mes lecons, s'ils ont adopte lesmemes
principes, en presence desmmes
faits ils por-terontle m^rne jugemenl. SiTun
se trompe, I7alitre se trompera aussi; le second facteur du produit sera Tunite. L'accord certain des deux, predictions ne diminue pasla chanced'erreur.
Si Jes deux methodes soutdifFerentes, les conclusions pourront
1'etre aussi, sans pour cela devenir iodependantes. Certains
s/m-ptomes sonl necessairenientapprecies delamme
rnaniere, et leurnombre
inconnu laisse le problemeinsoluble*Si
Tun
des me'teorologistes annoncequ'il pleuvra, 1'autre qu'il ne pleuvra pas, la probabilite pour qu'ils disent juste tons deux
n'est pas
pp
1 : elle est nulle.30.
PROBLEME XVI. Une
urne contient trots boules mar-quees i, 2 et3.On
en tiredeux
successwement,
en remettantCHAP. II. PROBABILITIES TOTAT.ES ET COMPOSEES. 31
dans
Curne, apres lepremier
tirage, laboulequi
enest sortie.Quelle est la probabilite
pour que
le plusgrand numero
sorti soit 2?
Pour
que 2 soil le plus grand des numerss sorlis, il fautque 3 ne se soit pas montre etqueI'on n'ait pas tiredeux
fois le n i.Pour
qu'al'une des epreuves 3 ue sorte pas, la probabiliteestf*Pour
qu'il ne sorte ni au premier ni au second tirage, elle est-|.
Pour que i sorte deux fois, la probabilite est i; | est par conse-quent la probabilite pour qu'il ne sorte pas a I'un et 1'autre tirage.
L'evenement
demande
semble donecompose
de deuK autres-dontlesprobabilites sont| et-|; il ne faut pascependant faire le produit de cesdeux fractions. IIfaut (2o) multiplier | par Ja pro-babilite pour que i ne sorte pas 2 fois, lorsque I'on sait
que
3>n
yestpas
sorti. Celte probabilite" est|; lenumero
3 e*tant ecarte,il n'en resle en efiet que deux. La probabilite pour que i sorte
est|, pour qu'ilsorte deux fois
, et pourqu'il ne sortepas deux.
fois, par consequent, elle est |.
Laprobabilite
demanded
estOn
aurait pu dire :Pour
que le plus grand desnumeros
sort-is-soit 2, il fautque 2 soit sorti etque 3 nele soit pas.La probabilite de n'amener2 a aucune desdeux epreuves est|- ? celle de I'amener uoe fois au moins est, par consequent, -.
Laprobabilite|doit etremultipliee parlaprobabilite dene
pas-amener
4> sachantque
2 est sorti.Si 2 est sorii au premier tirage, la probabilite dene pas
amener
3 au second est .
Si 2 est sorti au second tirage, la probabilite de ne pas avoir
amene
3 au premierest |. Acceptons done cettteprobabilitef qui convient auxdeux
cas, nous trotiverons pour la probabilite*de-mandee
Le
disaccord avec le resultat precedentestun
avertissement. II n'etait paspermis,comme
nous1'avons fait, de partager la sortie32 CALCUL DES PROBABILITES.
-supposee de 2 en
deux
cas distincts etde supposersuccessivement 2 sord a la premiere on a la seconde epreuve. II a pu sortir a touLes deux; notre calcnl faitenlrer deux fois en comple le casoules
deux
tirages auraient, 1'un et I'autre, amene" le point 2.31.
PROBLEMS XV11.
Probabilite des brelansaujeu
de labouillotte.
La bouillotte se joue avec vingt carles.
On
enleve d'nn jeu de trente-deux cartes les sept, les valets et les dix.Chacun
des quatre joueurs recoit trois cartes.On
retourne la treizieine.Un
joueurabrelan lorsque ses trois cartes sontde me'meespece,trois rois, trois as, etc. 11a brelan carre* lorsqae toates trois sont de me'ine espece que la retourne.
Soil pt la probability pour que i joueurs designe*s aient des brelans.
On
deduit dn theoreme des probabilite*s composees20.3.2
=
o,ooooi36o8,8.3.2 ae
=
0,0000006^981.On
pent avoir brelan en effetquelle que soit la premiere carte;la probabilite pour avoir une premiere carte est ^J, celle ponr que ia deuxieme soit de
mme
espece que la premiere est , et pour que la troisieme soit demme
espece que lesdeuxautres la probability est^.
Cette probability /?^ calcul^e
pour
un
premier joueura qui 1'on donneraittrois cartes, sans s'occuper des autres, convient aTun
quelconque des trois, car la maniere de distribuer les cartes est indifferente.Lorsqu'un premier joueur a brelan, la probabilite pour qu'un second Tail aussi est
change,
II faut d'abord que fa premierecarte rende le brelan possible. La probability est ||, car eile ne
CHAP. II. PROBABILITES TOTALES ET COMPOSEES- 33 doit pas tre celle qui complete le brelan deja fait; pour que la deuxieme carte soit pareille a la premiere, la probabilite est
~,
etpour que la troisieme soit pareille aux deux autres elle est
~.
Oa
en conclat/>=<pi-tf
AA;
lesautresformnles se demontrent de la
mme
maniere.P*i Pi, pzi P* sont des probabilites totales. Si I'on represente par
w
tla probabilite pour que ijoueurs designe's aient des bre-lans etqu'ils soient seals a en avoir,on aurales relationsP\
=
73JiH-II est clair, en effet, que la probabilite pour qu'un joueur ait brelan se
compose
de la probabilite tzt pour qu'il Fail seul?
de la probabilite 37jj2 pourqu'il Faiten
mme
temps queFun
ou Tautre de ses adversaires, de la probabilite3w
2 pour qu'ii Fait avec deux d'entre eux, cequifait trois cas, et de la probabilitew* pour queles qnatre joueurs aient brelan.
On
deduit des equations (i)et, par consequent,
wit.
=
0,000000669,Tn3
=
0,0000 ragiS, ny2=
o,ooo386244, TUi=
0,016345764.La
probabilite pourqu'il n'j ait aucun breian estRj etant la probability d'avoir brelan pour le joueur de rang i -quand les precedents n'en ontpas.
On
a evidemmentJR.i
=
7J5j[H 3TZTg-+-3TiTa HW^jB.
34 CALCUL DBS PROBABILITIES.
La probabilile
R
4 pour qne le quatrieme joueur ait brelan, les autres ne I'ayant pas, ne differe pas en effet de Wj.R
3, probabilite pour que le troisiemejoueuraitbrelan, lesdeux premiers ne 1'ayant pas, esl une probabilite totale. II pent avoir brelan tout seul, la probabilite estw<; on1'avoir en me-me temps que le quatrieme joueur, la probabilite esttsjj.Lesautresformulesse justifientpar des raisons semblables.
On
en conciutR!
=
/?i=
0,017554,R>
=
/?i ^1=0,0171312,R
3=
Pl 2/?2-f-Ps=
0,016782,R
4 pi 3^-4-3/?3p
4=
o,[634576,Q =
o,93395.32.
PROBLEME
XVIll. Quelle est la probabilitede
lachance
favorable reserveeau banquier dans
lejeu de
trenteet
quarante?
Le
jeu de trenle et quarante se joue avecun
grandnombre
de cartes, reunion de divers jeus complets meles en un seul, bien entendu.On
abat une a une assez de cartespour
obtenir unesomme
de points superieure 3o, les figures e*tantcomptees pour 10et
les autres cartes pour le
nombre
de points qui s'y trouvent mar-ques.Une
seconde cpreuvesuit la premiere.Le hasard
donne
ainsi deux sornmes toutes deux plus grandes que 3o et egales au plus a 4o.Le
joueur parie pour celle des deuxsommes
qu'il choisit etgagne si elle est plus grande que I'autre.
Si les
sommes
sont egales, le coup est nul.Un
seul cas est excepte", celui ou Ton adeux fois 3i.Ce
refait de 3i est le seul avantage reserve* au banquier; il a droit, dans cecas, a la moitie'des mises.Nous
supposerons lenombre
des cartes assez grand pour que, pendant les deux premiers lirages, on puisse ndgliger 1'inflnence des cartes sorties sur les probability des diverspoints. S'il y a huitjeux, par exemple, et par consequent trente-deux sept, la
CHAP. II. PROB4BILITES TOTALES ET COMPOSEES. 35 sortie cPun sepidiminue la probabilite d'en voirsortir un second.
II serait difficile de dire quelles sont les cartes dont la sortie accroit ou diminue la probabilite du refait de 3i.
Nous
neglige-rons cette trespetite influence.
Soit P^ laprobabilite pour que, en abattant successivement les cartes, la
somme
prenne a un certainmoment
la valeur n.La
somme
i ne pent se produire qu'au premier coup, si Ton abat un as. La probabilite pour cela est~;
on aLa
somme
2 pentse produire de deux manieres : 2 au premier coup ; as au premier, as an second.On
ap2==J_ ==
_L = J/
I_,JL\i3 i32 i3 V i3/
La somme
3 peut se produire de trois manieres : 3 au premier coup ; passer par la somrne 2 obtenue en une ou en deux fois et la faire suivre d'un as;commencer
par un as7 puisamener
un 2.On
en deduitOn
a, eugeneral, tantquen
est inferieur a 10, Prt=73+
75
Pl+
T3
P2+
'' *73 Pn~
On
trouve ainsiPI
=
0,076927,P3
=
0,089212,P4
=
0,096075,P5
=
o,io8465,Pe
=
0,111424,P7
=
0,117995,P8
=
0,129226,P9
=
0,139166.36 GALCUL DES PROBABLLITES.
A
partir du point 10, les conditions changent; quatre cartes differentes, en effet, les dix et les trois figures, peuventamener
dix points.
On
aAu-dessus de n
=
10, la formule evidenie P=
7
o(Pn-1-HPft-2+-..-*-P-9
)~*~73
P
donne
PII
=
0,120218, P22=
0,142640,PJ2
=
o,124908, P23=
o,146089,P13
=
0,129613, P24=
P u-o,i343o4, P25
=
PIS=0,139898, Pa6=0,161192, Pis
=
0,143167, P27=
0,152728,Pl7==0,l47J43, P2 8
=
0,154272,P18
=
0,161978, P29== o,i55382,P19
=
o,i56o2r, P3()=
0,168488,P20
=
o.218024, P3i=
0,148218.P21
=
o,i4oo33,La
probabilite d'obtenir 3i e'taniP
3H, celle de Fobtenir deuxfois est
(P3i)2
=
0,0219686.Poisson, dans
un Memoire
de lecture difficile, a Irouve', pour valeurapprochee de la probabilite du refaitde 3i,0,021967.
II tient compte de 1'in.fluence des cartes
dja
passees surla pro-babilite de celles qui suivent et suppose huit jeux reunis. L'in-fluence est petite, on le voitparla concordance du re*sultat exactdu
calcni faiten snpposantlenombre
desjeux infini avecler^sul-tatapproche de1'autre.
II ne faut pas croire que 1'influence augmente lorsque, le jeu continuant, les cartes deviennent moins nombreuses. II s'agit, en effet, decalculer