Statistiques - Travaux pratiques 22, Exercices de Informatique et analyse de données statistiques
Emmanuel_89
Emmanuel_8929 May 2014

Statistiques - Travaux pratiques 22, Exercices de Informatique et analyse de données statistiques

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Statistiques - Travaux pratiques 22 Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Restitution organisée de connaissances, Étudier les variations.
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Terminale S

Terminale S septembre 2013

Antilles-Guyane

1. Exercice 1 (5 points)

Partie A : Restitution organisée de connaissances

Soit ∆ une droite de vecteur directeur v et soit P un plan.

On considère deux droites sécantes et contenues dans P : la droite D1 de vecteur directeur 1u et la droite

D2 de vecteur directeur 2u .

Montrer que ∆ est orthogonale à toute droite de P si et seulement si ∆ est orthogonale à D1 et à D2.

Partie B

Dans l’espace muni d’un repère orthonormé, on considère les trois points

A(0 ; –1 ; 1), B(4 ; –3 ; 0) et C(–1 ; –2 ; –1).

On appelle P le plan passant par A, B et C.

On appelle ∆ la droite ayant pour représentation paramétrique 3 1

2 8

x t

y t

z t

   

   

avec t appartenant à .

Pour chacune des affirmations suivantes, indiquer si elle est vraie ou fausse et justifier la réponse.

1. Affirmation 1 : ∆ est orthogonale à toute droite du plan P.

2. Affirmation 2 : les droites ∆ et (AB) sont coplanaires.

3. Affirmation 3 : Le plan P a pour équation cartésienne x + 3y – 2z + 5 = 0.

4. On appelle D la droite passant par l’origine et de vecteur directeur  11 ; 1 ; 4u  .

Affirmation 4 : La droite D est strictement parallèle au plan d’équation x + 3y – 2z + 5 = 0.

2. Exercice 2 (6 points)

Pour tout réel k strictement positif, on désigne par fk la fonction définie et dérivable sur l’ensemble des

nombres réels  telle que :   kxkf x kxe  .

On note Ck sa courbe représentative dans le plan muni d’un repère orthogonal ( ; , )O i j .

Partie A : Étude du cas k=1

On considère donc la fonction f1 définie sur  par  1 xf x xe .

1. Déterminer les limites de la fonction f1 en  et en  . En déduire que la courbe C1 admet une asymptote que l’on précisera.

2. Étudier les variations de f1 sur  puis dresser son tableau de variation sur .

3. Démontrer que la fonction g1 définie et dérivable sur  telle que :    1 1 xg x x e   est une

primitive de la fonction f1 sur .

4. Étudier le signe de  1f x suivant les valeurs du nombre réel x.

5. Calculer, en unité d’aire, l’aire de la partie du plan délimitée par la courbe C1, l’axe des abscisses et les droites d’équation x=0 et x=ln10.

Partie B : Propriétés graphiques

On a représenté sur le graphique ci-dessous les courbes C2, Ca et Cba et b sont des réels strictement positifs fixés et T la tangente à Cb au point O origine du repère.

1. Montrer que pour tout réel k strictement positif, les courbes Ck passent par un même point.

2. a. Montrer que pour tout réel k strictement positif et tout réel x on a :    ' 1 kxkf x k kx e   .

b. Justifier que, pour tout réel k strictement positif, fk admet un maximum et calculer ce maximum.

c. En observant le graphique ci-dessus, comparer a et 2. Expliquer la démarche.

d. Écrire une équation de la tangente à Ck au point O origine du repère.

e. En déduire à l’aide du graphique une valeur approchée de b.

3. Exercice 3 (4 points)

Une entreprise industrielle fabrique des pièces cylindriques en grande quantité. Pour toute pièce prélevée au hasard, on appelle X la variable aléatoire qui lui associe sa longueur en millimètre et Y la variable aléatoire qui lui associe son diamètre en millimètre.

On suppose que X suit la loi normale de moyenne 1 36  et d’écart-type 1 0,2  et que Y suit la loi

normale de moyenne 2 6  et d’écart-type 2 0,05  .

1. Une pièce est dite conforme pour la longueur si sa longueur est comprise entre 1 13  et 1 13  .

Quelle est une valeur approchée à 10–3 près de la probabilité p1 pour qu’une pièce prélevée au hasard soit conforme pour la longueur ?

2. Une pièce est dite conforme pour le diamètre si son diamètre est compris entre 5,88 mm et 6,12 mm. Le tableau donné ci-contre a été obtenu à l’aide d’un tableur. Il indique pour chacune des valeurs de k, la probabilité que Y soit inférieure ou égal à cette valeur.

Déterminer à 10–3 près la probabilité p2 pour qu’une pièce prélevée au hasard soit conforme pour le diamètre (on pourra s’aider du tableau ci-dessous).

k p(Y k) 6 0,5

5, 8 3,167 12E − 05 6, 02 0,655 421 742

5, 82 0,000 159 109 6, 04 0,788 144 601

5, 84 0,000 687 138 6, 06 0,884 930 33

5, 86 0,002 555 13 6, 08 0,945 200 708

5, 88 0,008 197 536 6, 1 0,977 249 868

5, 9 0,022 750 132 6, 12 0,991 802 464

5, 92 0,054 799 292 6, 14. 0,997 444 87

5, 94 0,115 069 67 6, 16 0,999 312 862

5, 96 0,211 855 399 6, 18 0,999 840 891

5, 98 0,344 578 258 6, 2 0,999 968 329

3. On prélève une pièce au hasard.On appelle L l’événement « la pièce est conforme pour la longueur » et D l’événement « la pièce est conforme pour le diamètre ».

On suppose que les évènements L et D sont indépendants.

a. Une pièce est acceptée si elle est conforme pour la longueur et pour le diamètre.

Déterminer la probabilité pour qu’une pièce prélevée au hasard ne soit pas acceptée (le résultat sera arrondi à 10–2).

b. Justifier que la probabilité qu’elle soit conforme pour le diamètre sachant qu’elle n’est pas conforme pour la longueur, est égale à p2.

4. Exercice 4 (5 points, non spécialistes)

Les deux parties sont indépendantes

Le robot Tom doit emprunter un pont sans garde-corps de 10 pas de long et de 2 pas de large. Sa démarche est très particulière :

- Soit il avance d’un pas tout droit ;

- Soit il se déplace en diagonale vers la gauche (déplacement équivalent à un pas vers la gauche et un pas tout droit) ;

- Soit il se déplace en diagonale vers la droite (déplacement équivalent à un pas vers la droite et un pas tout droit).

On suppose que ces trois types de déplacement sont aléatoires et équiprobables.

L’objectif de cet exercice est d’estimer la probabilité p de l’évènement S « Tom traverse le pont » c’est-à- dire « Tom n’est pas tombé dans l’eau et se trouve encore sur le pont au bout de 10 déplacements ».

Partie A : modélisation et simulation

On schématise le pont par un rectangle dans le plan muni d’un repère orthonormé (O, I, J) comme l’indique la figure ci-dessous. On suppose que Tom se trouve au point de coordonnées (0 ; 0) au début de la traversée. On note (x ; y ) les coordonnées de la position de Tom après x déplacements.

On a écrit l’algorithme suivant qui simule la position de Tom au bout de x déplacements :

x, y, n sont des entiers

Affecter à x la valeur 0. Affecter à y la valeur 0.

Tant que 1y   et 1y  et 9x  :

Affecter à n une valeur choisie au hasard entre –1, 0 et 1

Affecter à y la valeur y + n

Affecter à x la valeur x + 1

Fin tant que

Afficher « la position de Tom est » (x ; y )

1. On donne les couples suivants : (–1 ; 1) ; (10 ; 0) ; (2 ; 4) ; (10 ; 2).

Lesquels ont pu être obtenus avec cet algorithme ? Justifier la réponse.

2. Modifier cet algorithme pour qu’à la place de « la position de Tom est (x ; y) », il affiche finalement « Tom a réussi la traversée » ou « Tom est tombé ».

Partie B

Pour tout n entier naturel compris entre 0 et 10, on note :

An l’évènement « après n déplacements, Tom se trouve sur un point d’ordonnée –1 » ;

Bn l’évènement « après n déplacements, Tom se trouve sur un point d’ordonnée 0 » ;

Cn l’évènement « après n déplacements, Tom se trouve sur un point d’ordonnée 1 ».

On note an, bn, cn les probabilités respectives des évènements An, Bn, Cn.

1. Justifier que a0 = 0, b0 = 1, c0 = 0.

2. Montrer que pour tout entier naturel n compris entre 0 et 9, on a 1

1

3

3

n n n

n n n n

a b a

a b c b

 

   



.

On pourra s’aider d’un arbre pondéré.

3. Calculer les probabilités  1Ap ,  1Bp et  1Cp .

4. Calculer la probabilité que Tom se trouve sur le pont au bout de deux déplacements.

5. À l’aide d’un tableur, on a obtenu la feuille de calcul ci-dessous qui donne des valeurs approchées de an, bn, cn pour n compris entre 0 et 10.

n an bn cn

0 0 1 0

1 0,333 333 0,333 333 0,333 333

2 0,222 222 0,333 333 0,222 222

3 0,185 185 0,259 259 0,185 185

4 0,148 148 0,209 877 0,148 148

5 0,119 342 0,168 724 0,119 342

6 0,096 022 0,135 802 0,096 022

7 0,077 275 0,109 282 0,077 275

8 0,062 186 0,087 944 0,062 186

9 0,050 043 0,070 772 0,050 043

10 0,040 272 0,056 953 0,040 272

Donner une valeur approchée à 0,001 près de la probabilité que Tom traverse le pont (on pourra s’aider du tableau).

5. Exercice 4 (5 points, spécialistes)

Partie A On considère l’algorithme suivant :

A et X sont des nombres entiers

Saisir un entier positif A

Affecter à X la valeur de A

Tant que X supérieur ou égal à 26

Affecter à X la valeur X – 26

Fin du tant que

Afficher X

1. Qu’affiche cet algorithme quand on saisit le nombre 3 ?

2. Qu’affiche cet algorithme quand on saisit le nombre 55 ?

3. Pour un nombre entier saisi quelconque, que représente le résultat fourni par cet algorithme ?

PartieB

On veut coder un bloc de deux lettres selon la procédure suivante, détaillée en quatre étapes :

Étape 1 : chaque lettre du bloc est remplacée par un entier en utilisant le tableau ci-dessous :

A B C D E F G H I J K L M

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

N O P Q R S T U V W X Y Z

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

On obtient une matrice colonne 1

2

x

x

     

x1 correspond à la première lettre du mot et x2 correspond à la

deuxième lettre du mot.

Étape 2 : 1

2

x

x

     

est transformé en  1 2y y tel que   1

1 2 2

3 1

5 2

x y y

x

         

. La matrice 3 1

C 5 2

      

est

appelée la matrice de codage.

Étape 3 :  1 2y y est transformé en  1 2z z tel que :  

  1 1 1

2 2 2

26 avec 0 25

26 avec 0 25

z y z

z y z

       

.

Étape 4 :  1 2z z est transformé en un bloc de deux lettres en utilisant le tableau de correspondance

donné dans l’étape 1.

Exemple :     17

RE 55 93 3 15 DP 4

        

. Le bloc RE est donc codé en DP.

Justifier les différentes étapes de ce calcul.

1. Soient x1, x2 , X1, X2, quatre nombres entiers compris entre 0 et 25 tels que 1

2

x

x

     

et 1

2

X

X

     

sont

transformés lors du procédé de codage en  1 2z z .

a. Montrer que  

  1 2 1 2

1 2 1 2

3 3 26

5 2 5 2 26

x x X X

x x X X

    

  

.

b. En déduire que  1 1 26x X et  2 2 26x X puis que 1 1x X et 2 2x X .

2. On souhaite trouver une méthode de décodage pour le bloc DP :

a. Vérifier que la matrice 2 1

C ' 5 3

      

est la matrice inverse de C.

b. Calculer  1 2y y tels que    1 2 2 1

3 15 5 3

y y  

    

.

c. Calculer 1

2

x

x

     

tels que  

  1 1 1

2 2 2

26 avec 0 25

26 avec 0 25

x y x

x y x

       

.

d. Quel procédé général de décodage peut-on conjecturer ?

3. Généraliser ce procédé de décodage.

4. Décoder QC.

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