Le code d’antivol à trois chiffres
[enonce]
Zoé a acheté un cadenas d'antivol pour son vélo. Le code est formé de trois chiffres, chacun pouvant prendre la valeur $0$, $1$, $2$ ou $3$. Pour choisir son code, Zoé a tiré les trois chiffres complètement au hasard, indépendamment les uns des autres.
On souhaite calculer plusieurs probabilités concernant ce code.
[/enonce]
[etape]
Combien de codes différents sont possibles ?
[[n]]
[math id="n" attendu="64"]
[reponse statut="correct"]Correct !
Chaque chiffre du code a $4$ valeurs possibles, et les trois chiffres sont choisis indépendamment : $4 \times 4 \times 4 = 64$ codes.[/reponse]
[reponse motif="12"]$12 = 4 \times 3$ ne couvre que deux chiffres. Le code en comporte trois.[/reponse]
[reponse motif="16"]$16 = 4 \times 4$ ne couvre que deux chiffres, pas trois.[/reponse]
[reponse motif="81"]Il y a $4$ chiffres disponibles ($0, 1, 2, 3$), pas $3$.[/reponse]
[reponse motif="24"]$4 \times 3 \times 2 = 24$ suppose que les chiffres soient distincts. Ici, rien n'interdit la répétition.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Dénombrer en imaginant un arbre à trois niveaux, où chaque niveau représente un chiffre.[/reponse]
[aide essai="2"]À chaque position du code, combien de choix indépendants a-t-on ?[/aide]
[aide essai="3"]Nombre de codes = (choix pour le 1ᵉʳ chiffre) × (choix pour le 2ᵉ) × (choix pour le 3ᵉ).[/aide]
[/math]
[solution]
Pour chacune des trois positions, il y a $4$ chiffres possibles. Le nombre total de codes est donc $4 \times 4 \times 4 = 4^3 = 64$.
[/solution]
[/etape]
[etape]
Pour compter les codes dont les trois chiffres sont tous distincts, laquelle des méthodes suivantes convient ?
[qcm]
[option]$4$ choix pour chaque position, soit $4 \times 4 \times 4 = 64$[/option]
[option correct="true"]$4$ choix pour le 1ᵉʳ chiffre, $3$ pour le 2ᵉ, $2$ pour le 3ᵉ, soit $4 \times 3 \times 2 = 24$[/option]
[option]$4 + 3 + 2 = 9$[/option]
[option]$4 \times 3 = 12$[/option]
[reponse statut="correct"]Exactement !
À chaque position, il faut éviter les chiffres déjà utilisés : d'où $4$, puis $3$, puis $2$ choix. Le total est $4 \times 3 \times 2 = 24$.[/reponse]
[reponse motif="$4$ choix pour chaque position, soit $4 \times 4 \times 4 = 64$"]Ce calcul compte tous les codes, y compris ceux avec des chiffres répétés. Pour des chiffres distincts, il faut restreindre à chaque position.[/reponse]
[reponse motif="$4 + 3 + 2 = 9$"]On combine plusieurs choix successifs indépendants : c'est un produit, pas une somme.[/reponse]
[reponse motif="$4 \times 3 = 12$"]Ce produit ne couvre que deux positions. Le code a trois chiffres.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Après avoir choisi le premier chiffre, le second doit être différent du premier : il reste moins de choix.[/reponse]
[/qcm]
[solution]
Pour obtenir trois chiffres distincts :
- $4$ possibilités pour le premier chiffre ;
- $3$ possibilités pour le deuxième (tout sauf le premier) ;
- $2$ possibilités pour le troisième (tout sauf les deux précédents).
Il y a donc $4 \times 3 \times 2 = 24$ codes à trois chiffres distincts.
[/solution]
[/etape]
[etape]
Calculer la probabilité que le code de Zoé comporte trois chiffres tous distincts. Donner le résultat sous forme de fraction irréductible.
[[pd]]
[math id="pd" attendu="3/8" format="irreductible"]
[reponse statut="correct"]Bravo !
Les $64$ codes sont équiprobables. La probabilité est donc $\dfrac{24}{64} = \dfrac{3}{8}$.[/reponse]
[reponse statut="format"]Le calcul est juste, mais la fraction doit être complètement simplifiée.[/reponse]
[reponse motif="24/64"]La valeur numérique est bonne, mais il faut simplifier la fraction jusqu'à sa forme irréductible.[/reponse]
[reponse motif="3/4"]La simplification va trop loin ou utilise un mauvais diviseur. Reprendre la simplification de $\dfrac{24}{64}$.[/reponse]
[reponse motif="24"]$24$ est le nombre de cas favorables, pas une probabilité. Il faut diviser par le nombre de cas possibles.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Les codes étant tirés au hasard, il y a équiprobabilité. La probabilité est le rapport des cas favorables aux cas possibles.[/reponse]
[aide essai="2"]Cas favorables = nombre de codes à chiffres distincts ; cas possibles = nombre total de codes.[/aide]
[aide essai="3"]$p = \dfrac{24}{64}$, à simplifier jusqu'à la forme irréductible.[/aide]
[/math]
[solution]
Le tirage étant aléatoire, les $64$ codes sont équiprobables.
$p(\text{3 chiffres distincts}) = \dfrac{24}{64} = \dfrac{3}{8}$.
[/solution]
[/etape]
[etape]
Quel lien logique y a-t-il entre l'événement $D$ « les trois chiffres sont tous distincts » et l'événement $R$ « au moins deux chiffres sont égaux » ?
[qcm]
[option]$D$ et $R$ sont identiques[/option]
[option correct="true"]$D$ et $R$ sont contraires[/option]
[option]$D$ et $R$ sont incompatibles mais non contraires[/option]
[reponse statut="correct"]Tu as raison !
Un code donné vérifie soit « tous distincts », soit « au moins deux égaux », jamais les deux à la fois et toujours l'un ou l'autre. Les événements sont donc contraires.[/reponse]
[reponse motif="$D$ et $R$ sont identiques"]Les deux événements sont au contraire opposés : si les chiffres sont tous distincts, il n'y en a pas deux égaux, et réciproquement.[/reponse]
[reponse motif="$D$ et $R$ sont incompatibles mais non contraires"]Deux événements sont contraires quand ils sont incompatibles et qu'ils couvrent tout l'univers. Ici, chaque code tombe forcément dans $D$ ou dans $R$.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Tester sur un exemple : un code peut-il être à la fois « tous distincts » et « au moins deux égaux » ? Peut-il n'être ni l'un ni l'autre ?[/reponse]
[/qcm]
[solution]
Tout code soit a ses trois chiffres distincts, soit en a au moins deux identiques. Ces deux cas couvrent l'univers et ne peuvent pas se produire en même temps : $R = \overline{D}$.
[/solution]
[/etape]
[etape]
Calculer la probabilité qu'au moins deux chiffres du code soient égaux. Donner le résultat sous forme de fraction irréductible.
[[pr]]
[math id="pr" attendu="5/8" format="irreductible"]
[reponse statut="correct"]Correct !
Puisque $R$ est l'événement contraire de $D$ :
$p(R) = 1 - p(D) = 1 - \dfrac{3}{8} = \dfrac{5}{8}$.[/reponse]
[reponse statut="format"]Le calcul est juste, mais la fraction doit être simplifiée.[/reponse]
[reponse motif="3/8"]$\dfrac{3}{8}$ est la probabilité de $D$ (chiffres distincts), pas celle de son contraire.[/reponse]
[reponse motif="5/64"]Attention à l'unité : la probabilité totale vaut $1$, soit $\dfrac{64}{64}$, non $\dfrac{1}{64}$.[/reponse]
[reponse motif="40/64"]Le raisonnement mène à $\dfrac{64-24}{64}=\dfrac{40}{64}$, qui est correct numériquement mais doit être simplifié.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Il est plus rapide de passer par l'événement contraire déjà calculé.[/reponse]
[aide essai="2"]La somme des probabilités d'un événement et de son contraire vaut $1$.[/aide]
[aide essai="3"]$p(R) = 1 - p(D) = 1 - \dfrac{3}{8}$.[/aide]
[/math]
[solution]
$p(R) = 1 - p(D) = 1 - \dfrac{3}{8} = \dfrac{5}{8}$.
Il y a donc un peu plus d'une chance sur deux qu'au moins deux chiffres du code soient égaux.
[/solution]
[/etape]
[etape]
Zoé se demande aussi quelle est la probabilité que son code ne contienne aucun zéro.
Calculer cette probabilité et donner le résultat sous forme de fraction irréductible.
[[pz]]
[math id="pz" attendu="27/64" format="irreductible"]
[reponse statut="correct"]Bonne réponse !
Si aucun chiffre n'est zéro, chaque position offre $3$ choix ($1$, $2$ ou $3$), soit $3 \times 3 \times 3 = 27$ codes.
D'où $p = \dfrac{27}{64}$, qui est déjà irréductible.[/reponse]
[reponse statut="format"]Le résultat numérique est correct, mais à exprimer sous forme de fraction simplifiée.[/reponse]
[reponse motif="3/64"]$3$ ne couvre qu'une seule position. Il faut compter les codes à trois positions sans zéro.[/reponse]
[reponse motif="9/64"]$9 = 3 \times 3$ ne couvre que deux positions. Le code en comporte trois.[/reponse]
[reponse motif="1/64"]$1$ correspond à un seul code, mais plusieurs codes ne contiennent aucun zéro.[/reponse]
[reponse motif="3/4"]Cette fraction est la probabilité qu'une seule position ne soit pas zéro. Il faut la combiner sur les trois positions.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Si aucun chiffre ne vaut zéro, chaque position n'admet plus que trois valeurs possibles.[/reponse]
[aide essai="2"]Recompter le nombre de codes avec chaque chiffre dans $\{1, 2, 3\}$.[/aide]
[aide essai="3"]$p = \dfrac{3 \times 3 \times 3}{64}$.[/aide]
[/math]
[solution]
Un code sans zéro a chacun de ses trois chiffres dans $\{1, 2, 3\}$, soit $3^3 = 27$ codes favorables sur $64$ codes possibles.
$p(\text{aucun zéro}) = \dfrac{27}{64}$ (fraction déjà irréductible car $\text{PGCD}(27, 64) = 1$).
[/solution]
[/etape]