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La probabilite d'un evenement compose est le produit des probabilites des evenements simples dent il exrge la reunion

No documento CARNEGIE INSTITUTE OF TECHNOLOGY (páginas 91-103)

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 second

eve-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 des

deux

cas supposed, 1'evenement

demande

est devenu

impos-sible. Peu importe la probabilite des epreuves qui viennent ensuite.

\

La

probabilite d*un evenement

compose

est le produit de la probabilite du premier Evenement par la probabilite qu'acqmert

le second

guand on

sait

gue

le

premier

estarrive.

On

a souvent

commis

des errenrs graves en oubliant les dei

1 -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, incertains

comme

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? Les

probabilitiesdontilsdonnentlamesuren'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 etle

remede

dn

mal?

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, justifier

une telle assimilation?

Ce

n"est pas en ce

moment

la question. Si FassimiJation e^t impos>sible? on ne le fera pas. Si on la fait, il

hmdra

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 et

deux

boules noires, il cherchait la probabilite pour mettre la

main

sur I'une des neuf urnes dont la

composition est connue eten tirer

une boule blanche. L'identite' de^

deux

problemes est admise; elle fait j>artie de I'^nonce. Si

on

allegue ['impossibility de mesurer en

CHAF. 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 douieuses

qu'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 ou

moms

justified, les consequences

vau-(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'erreurs

commises

par Poubli de ces conditions necessaires dans 1'enonce des prin-cipes.

27. PROBLEMS

XV. On

tire

a

la cible.

L'arme,

sans etre parfaite, ne presente

aucun

defaut systematique; les devia-tions ont en tous sens

m&me

probabilite.

U hypo

these est-elle realisable?

On

lesuppose.

Quelle estla probabilite

pour que

lepoint

frappe

soit

a une

distance

du

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 frappe

tombe

entre so et

x

-+-dx,

v(y)dy

la probability pour que I'ordonnee

tombe

entre

y

et

y

4-dy. La probabililepour quelaballefrappelerectangle

dx

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 avoir

Cette equation suffit pour determiner la fonction y.

On

en dedtiit, en prenant lesderivees successlvement par rapport a cc et

La fraction

-^

-est parconsequent constanle,elTon en conclul

que la fonction <p(^?), qui doit s'annulei- quand

x

est infini, est de la forme

Ce

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 ecart

y

dans tin sens,

associe a un ecart

x

dans1'autre, serait une fonction incon)ue de

x

et

de^,

tres differentepeut-^tre de

p(jK)-La

deviation de laballe depend, en effet, du soin

plus 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 aucun

comple

CHAP. II. PROBVBILITES TOTALES ET COMPOSEES. 29 de ceLte remarque; Jes probabilites

y

sont traitees

comme

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 vitesse

moyenne

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 probabilites

composees, 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 avoir

etcette 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?, lavaleurde

x

supposee

connue

influe surla probabilite pour que

la vitesse composed parallelement a Taxe des

Y

soit y. Si, par

exemple,

x

est gal a la vitesse maxima, le

mouvement

est

certai-nement

dirig^ parallelement a Taxe des

X,

et la probabilite de

y

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 probabilite

p

]'.

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 i

p

1'.

La

probabilite pour qu'ils se trompent tons les deux est une probabilite composed, mais elle n'est pas mesuree par le produit

La

probabilite composee estle produit de (i p) parla

proba-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 les

memes

principes, en presence des

mmes

faits ils por-terontle m^rne jugemenl. Si

Tun

se trompe, I

7alitre 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 dela

mme

rnaniere, et leur

nombre

inconnu laisse le problemeinsoluble*

Si

Tun

des me'teorologistes annonce

qu'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 tire

deux

success

wement,

en remettant

CHAP. II. PROBABILITIES TOTAT.ES ET COMPOSEES. 31

dans

Curne, apres le

premier

tirage, laboule

qui

enest sortie.

Quelle est la probabilite

pour que

le plus

grand 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 tire

deux

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 done

compose

de deuK autres-dontles

probabilites 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

yest

pas

sorti. Celte probabilite" est|; le

numero

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

est

On

aurait pu dire :

Pour

que le plus grand des

numeros

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> sachant

que

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 aux

deux

cas, nous trotiverons pour la probabilite*

de-mandee

Le

disaccord avec le resultat precedentest

un

avertissement. II n'etait paspermis,

comme

nous1'avons fait, de partager la sortie

32 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 casou

les

deux

tirages auraient, 1'un et I'autre, amene" le point 2.

31.

PROBLEMS XV11.

Probabilite des brelans

aujeu

de la

bouillotte.

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 composees

20.3.2

=

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 de

mme

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 a

Tun

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 premiere

carte 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 relations

P\

=

73Ji

H-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 que

Fun

ou Tautre de ses adversaires, de la probabilite

3w

2 pour qu'ii Fait avec deux d'entre eux, cequifait trois cas, et de la probabilitew* pour que

les 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 est

Rj etant la probability d'avoir brelan pour le joueur de rang i -quand les precedents n'en ontpas.

On

a evidemment

JR.i

=

7J5j[H 3TZTg-+-3TiTa HW^j

B.

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.Lesautresformules

se justifientpar des raisons semblables.

On

en conciut

R!

=

/?i

=

0,017554,

R>

=

/?i ^1=0,0171312,

R

3

=

Pl 2/?2-f-Ps

=

0,016782,

R

4 pi 3^-4-3/?3

p

4

=

o,[634576,

Q =

o,93395.

32.

PROBLEME

XVIll. Quelle est la probabilite

de

la

chance

favorable reservee

au banquier dans

le

jeu de

trente

et

quarante?

Le

jeu de trenle et quarante se joue avec

un

grand

nombre

de cartes, reunion de divers jeus complets meles en un seul, bien entendu.

On

abat une a une assez de cartes

pour

obtenir une

somme

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 deux

sommes

qu'il choisit et

gagne 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 le

nombre

des cartes assez grand pour que, pendant les deux premiers lirages, on puisse ndgliger 1'inflnence des cartes sorties sur les probability des divers

points. 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 tres

petite influence.

Soit P^ laprobabilite pour que, en abattant successivement les cartes, la

somme

prenne a un certain

moment

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 a

La

somme

2 pentse produire de deux manieres : 2 au premier coup ; as au premier, as an second.

On

a

p2==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 puis

amener

un 2.

On

en deduit

On

a, eugeneral, tantque

n

est inferieur a 10, Prt=73

+

75

Pl+

T3

P2+

'' *

73 Pn~

On

trouve ainsi

PI

=

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, peuvent

amener

dix points.

On

a

Au-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'tani

P

3H, celle de Fobtenir deux

fois 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 exact

du

calcni faiten snpposantle

nombre

desjeux infini avecle

r^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

wantage

du banquier etnon son bene'fice,

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