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Chapitre 5 – Probabilités conditionnelles et indépendance

Chapitre 5 | Première technologique (enseignement commun) | Mathématiques

Dernière mise à jour : 21 octobre 2026, 09:41

Objectifs du chapitre

I. Probabilité conditionnelle

1. Une situation d'introduction

Exemple — trajet domicile-établissement

Dans un lycée, on interroge \(200\) élèves sur leur trajet. On classe selon deux critères : « vient à vélo » (\(V\)) et « habite à moins de 2 km » (\(C\)). On obtient le tableau croisé d'effectifs suivant.

Vélo (\(V\))Pas vélo (\(\bar V\))Total
Moins de 2 km (\(C\))483280
2 km ou plus (\(\bar C\))12108120
Total60140200

On choisit un élève au hasard. La probabilité qu'il vienne à vélo est \(P(V)=\dfrac{60}{200}=0{,}30\).

Notation. Le nombre d'éléments d'un ensemble fini \(A\) (son cardinal) se note \(\mathrm{Card}(A)\). Ici \(\mathrm{Card}(V)=60\) et \(\mathrm{Card}(E)=200\) pour l'ensemble \(E\) des élèves interrogés : en situation d'équiprobabilité, \(P(V)=\dfrac{\mathrm{Card}(V)}{\mathrm{Card}(E)}\).

Mais si l'on sait déjà que l'élève habite à moins de 2 km, on ne regarde plus que la première ligne (\(80\) élèves) : parmi eux, \(48\) viennent à vélo. La probabilité de « vélo sachant moins de 2 km » vaut \(\dfrac{48}{80}=0{,}60\). L'information a modifié la probabilité. On note cette probabilité \(P_C(V)\).

2. Définition

Définition — Probabilité conditionnelle

Soit \(A\) un évènement de probabilité non nulle (\(P(A)\neq 0\)). La probabilité conditionnelle de \(B\) sachant \(A\) est le nombre :

\[P_A(B)=\dfrac{P(A\cap B)}{P(A)}.\]

On lit « probabilité de \(B\) sachant \(A\) ».

Vérification sur l'exemple

Avec \(A=C\) (moins de 2 km) et \(B=V\) (vélo) :

\[P(C)=\dfrac{80}{200}=0{,}40,\qquad P(C\cap V)=\dfrac{48}{200}=0{,}24,\] \[P_C(V)=\dfrac{P(C\cap V)}{P(C)}=\dfrac{0{,}24}{0{,}40}=0{,}60.\]

On retrouve bien le résultat obtenu par lecture directe de la ligne.

Attention — trois quantités différentes

Calculons \(P_V(C)\) (habiter à moins de 2 km sachant vélo). On se place dans la colonne « Vélo » (\(60\) élèves), dont \(48\) habitent près :

\[P_V(C)=\dfrac{P(V\cap C)}{P(V)}=\dfrac{0{,}24}{0{,}30}=0{,}80.\]

On a \(P_C(V)=0{,}60\) mais \(P_V(C)=0{,}80\) : ce ne sont pas les mêmes questions. Ne jamais confondre \(P_A(B)\), \(P_B(A)\) et \(P(A\cap B)\).

Exercice d'application 1. Avec le tableau ci-dessus, calculer \(P_{\bar C}(V)\) : probabilité de venir à vélo sachant qu'on habite à 2 km ou plus.

On se place dans la ligne « 2 km ou plus » (\(120\) élèves), dont \(12\) à vélo : \(P_{\bar C}(V)=\dfrac{12}{120}=0{,}10\).

II. Règle du produit et arbre pondéré

1. La règle du produit

En multipliant les deux membres de la définition par \(P(A)\), on obtient une formule très utile pour calculer une intersection.

Propriété — Règle du produit

Si \(P(A)\neq 0\), alors :

\[P(A\cap B)=P(A)\times P_A(B).\]

2. Lecture sur un arbre pondéré

Exemple — une usine à deux machines

Une usine possède deux machines. La machine \(M_1\) fabrique \(70\,\%\) des pièces, la machine \(M_2\) les \(30\,\%\) restants. La machine \(M_1\) produit \(2\,\%\) de pièces défectueuses (\(D\)), la machine \(M_2\) en produit \(5\,\%\). On tire une pièce au hasard. On construit un arbre pondéré : d'abord la machine, puis l'état de la pièce.

Propriété — Règles de l'arbre pondéré
  1. La somme des probabilités des branches issues d'un même nœud est égale à \(1\).
  2. La probabilité d'un chemin est le produit des probabilités des branches qui le composent.
Attention

Sur une branche, on multiplie les probabilités, on ne les additionne pas. Le premier niveau porte des probabilités « simples » (\(P(M_1)\)), le second niveau des probabilités conditionnelles (\(P_{M_1}(D)\)).

Exercice d'application 2. Avec l'arbre de l'usine, calculer \(P(M_2\cap D)\), probabilité qu'une pièce provienne de \(M_2\) et soit défectueuse.

On multiplie le long du chemin \(M_2\) puis \(D\) : \(P(M_2\cap D)=P(M_2)\times P_{M_2}(D)=0{,}30\times 0{,}05=0{,}015\).

III. Formule des probabilités totales

Problème

Dans l'exemple de l'usine, quelle est la probabilité qu'une pièce prise au hasard soit défectueuse, toutes machines confondues ? Une pièce défectueuse provient soit de \(M_1\), soit de \(M_2\) : ces deux cas sont incompatibles et couvrent toutes les possibilités. Il suffit d'additionner les probabilités des deux chemins menant à \(D\).

Théorème — Formule des probabilités totales

Pour tout évènement \(B\), avec \(A\) tel que \(P(A)\neq 0\) et \(P(\bar A)\neq 0\) :

\[P(B)=P(A\cap B)+P(\bar A\cap B)=P(A)\,P_A(B)+P(\bar A)\,P_{\bar A}(B).\]
Démonstration

Les évènements \(A\cap B\) et \(\bar A\cap B\) sont incompatibles (l'un est inclus dans \(A\), l'autre dans \(\bar A\), et \(A\cap\bar A=\varnothing\)). Leur réunion est exactement \(B\). La probabilité d'une réunion d'évènements incompatibles est la somme des probabilités, d'où \(P(B)=P(A\cap B)+P(\bar A\cap B)\). On applique enfin la règle du produit à chaque terme. \(\quad\blacksquare\)

Exemple — retour à l'usine

On repère tous les chemins qui aboutissent à \(D\) (il y en a deux) et on additionne :

\[P(D)=P(M_1)\,P_{M_1}(D)+P(M_2)\,P_{M_2}(D)=0{,}70\times 0{,}02+0{,}30\times 0{,}05.\] \[P(D)=0{,}014+0{,}015=0{,}029.\]

La proportion de pièces défectueuses dans la production totale est de \(2{,}9\,\%\).

Méthode — Recette pratique sur l'arbre

Pour trouver \(P(B)\) :

  1. Repérer toutes les feuilles portant \(B\).
  2. Calculer la probabilité de chaque chemin (produit des branches).
  3. Additionner ces probabilités de chemins.
Exercice d'application 3. Un test de dépistage détecte une maladie. \(5\,\%\) des personnes sont malades (\(M\)). Le test est positif (\(T\)) chez \(90\,\%\) des malades et chez \(8\,\%\) des personnes saines. Calculer \(P(T)\).

\(P(M)=0{,}05\), \(P(\bar M)=0{,}95\), \(P_M(T)=0{,}90\), \(P_{\bar M}(T)=0{,}08\). Par la formule des probabilités totales : \(P(T)=0{,}05\times 0{,}90+0{,}95\times 0{,}08=0{,}045+0{,}076=0{,}121\). Le test est positif dans \(12{,}1\,\%\) des cas.

IV. Indépendance de deux évènements

Idée

Dans le tableau vélo/distance, \(P(V)=0{,}30\) mais \(P_C(V)=0{,}60\) : savoir que l'élève habite près a changé la probabilité. À l'inverse, deux évènements sont indépendants quand connaître la réalisation de l'un ne change rien à la probabilité de l'autre.

Définition — Indépendance

Soit \(A\) un évènement de probabilité non nulle. On dit que \(B\) est indépendant de \(A\) lorsque :

\[P_A(B)=P(B).\]

Savoir que \(A\) est réalisé ne modifie pas la probabilité de \(B\).

Propriété — Caractérisation de l'indépendance

Si \(P(A)\neq 0\), alors :

\[B\text{ indépendant de }A\iff P(A\cap B)=P(A)\times P(B).\]

Démonstration. \(B\) indépendant de \(A\) signifie \(P_A(B)=P(B)\), soit \(\dfrac{P(A\cap B)}{P(A)}=P(B)\). En multipliant par \(P(A)\neq 0\), on obtient \(P(A\cap B)=P(A)\times P(B)\). \(\quad\blacksquare\)

En pratique : c'est l'égalité \(P(A\cap B)=P(A)\times P(B)\) que l'on utilise pour tester ou exploiter l'indépendance.
Exemple 1 — dépendance

Testons \(V\) et \(C\) dans le tableau initial :

\[P(V)\times P(C)=0{,}30\times 0{,}40=0{,}12,\qquad P(V\cap C)=0{,}24.\]

Comme \(0{,}24\neq 0{,}12\), les évènements \(V\) et \(C\) ne sont pas indépendants : venir à vélo et habiter près sont liés.

Exemple 2 — indépendance

On lance deux fois une pièce équilibrée. Soit \(A\) : « pile au 1ᵉ lancer » et \(B\) : « pile au 2ᵉ lancer ». Les quatre issues sont équiprobables :

\[P(A)=\tfrac12,\quad P(B)=\tfrac12,\quad P(A\cap B)=\tfrac14.\]

Or \(P(A)\times P(B)=\tfrac12\times\tfrac12=\tfrac14=P(A\cap B)\) : \(A\) et \(B\) sont indépendants. C'est cohérent : le premier lancer n'influence pas le second.

Attention — ne pas confondre

Deux évènements incompatibles vérifient \(P(A\cap B)=0\) ; deux évènements indépendants vérifient \(P(A\cap B)=P(A)\times P(B)\). Ce sont des notions distinctes (et même contraires si \(P(A)\neq 0\) et \(P(B)\neq 0\)).

Exercice d'application 4. On tire une carte dans un jeu de 32 cartes. Soit \(R\) : « la carte est un roi » et \(H\) : « la carte est un cœur ». Ces évènements sont-ils indépendants ?

Il y a 4 rois, 8 cœurs, 1 roi de cœur : \(P(R)=\dfrac{4}{32}=\dfrac18\), \(P(H)=\dfrac{8}{32}=\dfrac14\), \(P(R\cap H)=\dfrac{1}{32}\). Or \(P(R)\times P(H)=\dfrac18\times\dfrac14=\dfrac{1}{32}=P(R\cap H)\) : les évènements sont indépendants.

V. Symétrie de l'indépendance

Dans la définition, \(B\) est indépendant de \(A\). On démontre que « \(A\) indépendant de \(B\) » n'est pas une propriété différente.

Théorème — Symétrie de l'indépendance

Soit \(A\) et \(B\) deux évènements de probabilités non nulles (\(P(A)\neq 0\) et \(P(B)\neq 0\)). Alors :

\[B\text{ indépendant de }A\iff A\text{ indépendant de }B.\]
Démonstration

Supposons \(B\) indépendant de \(A\), soit \(P_A(B)=P(B)\). Par la règle du produit :

\[P(A\cap B)=P(A)\times P_A(B)=P(A)\times P(B).\]

Calculons \(P_B(A)\), possible car \(P(B)\neq 0\) :

\[P_B(A)=\dfrac{P(A\cap B)}{P(B)}=\dfrac{P(A)\times P(B)}{P(B)}=P(A).\]

L'égalité \(P_B(A)=P(A)\) signifie que \(A\) est indépendant de \(B\). Le raisonnement étant réversible, l'équivalence est établie. \(\quad\blacksquare\)

Conséquence : on dit simplement que « \(A\) et \(B\) sont indépendants », sans préciser lequel est indépendant de l'autre. Le critère de référence \(P(A\cap B)=P(A)\times P(B)\) est lui-même symétrique.

Méthodes-types

Méthode 1 — Probabilité conditionnelle à partir d'un tableau
  1. Identifier le « sachant » : cela fixe la ligne ou la colonne de référence.
  2. Repérer l'effectif total de cette ligne/colonne (le dénominateur).
  3. Repérer l'effectif favorable (le numérateur).
  4. \(P_A(B)=\dfrac{\text{effectif de }A\cap B}{\text{effectif de }A}\).
Méthode 2 — Probabilités totales
  1. Choisir la partition : un évènement \(A\) et son contraire \(\bar A\) (première ramification de l'arbre).
  2. Repérer tous les chemins menant à \(B\).
  3. Calculer la probabilité de chaque chemin (produit des branches).
  4. Additionner : \(P(B)=P(A)\,P_A(B)+P(\bar A)\,P_{\bar A}(B)\).
Méthode 3 — Tester l'indépendance
  1. Calculer séparément \(P(A)\), \(P(B)\) et \(P(A\cap B)\).
  2. Comparer \(P(A\cap B)\) et le produit \(P(A)\times P(B)\).
  3. S'ils sont égaux, \(A\) et \(B\) sont indépendants ; sinon, ils ne le sont pas.
Exercice d'application 5. Dans un club de 150 membres, on compte 90 adultes (\(A\)), dont 36 inscrits en natation (\(N\)) ; parmi les non-adultes, 24 sont inscrits en natation. Calculer \(P_A(N)\) puis \(P_{\bar A}(N)\), puis \(P(N)\) par les probabilités totales.

\(A\cap N=36\), \(\bar A=60\), \(\bar A\cap N=24\) : \(P_A(N)=\dfrac{36}{90}=0{,}40\) et \(P_{\bar A}(N)=\dfrac{24}{60}=0{,}40\). Avec \(P(A)=\dfrac{90}{150}=0{,}60\) et \(P(\bar A)=0{,}40\) : \(P(N)=0{,}60\times 0{,}40+0{,}40\times 0{,}40=0{,}24+0{,}16=0{,}40\).

Exercice d'application 6. Avec les données de l'exercice 5, les évènements \(A\) et \(N\) sont-ils indépendants ?

On a \(P(N)=0{,}40\) et \(P_A(N)=0{,}40\). Comme \(P_A(N)=P(N)\), les évènements sont indépendants. Vérification : \(P(A\cap N)=\dfrac{36}{150}=0{,}24\) et \(P(A)\times P(N)=0{,}60\times 0{,}40=0{,}24\). Égalité confirmée.

Erreurs fréquentes / points de vigilance

Les pièges du chapitre

❌ Confondre \(P_A(B)\), \(P_B(A)\) et \(P(A\cap B)\).

✅ Repérer d'abord quel évènement est le « sachant » : c'est lui qui sert de dénominateur.

❌ Additionner au lieu de multiplier sur une branche d'arbre.

✅ La probabilité d'un chemin est un produit.

❌ Oublier des chemins dans la formule des probabilités totales.

✅ Additionner tous les chemins menant à \(B\) (par \(A\) et par \(\bar A\)).

❌ Confondre « incompatibles » et « indépendants ».

✅ Incompatibles : \(P(A\cap B)=0\). Indépendants : \(P(A\cap B)=P(A)\times P(B)\).

❌ Diviser par une probabilité nulle.

✅ \(P_A(B)\) n'a de sens que si \(P(A)\neq 0\).

L'essentiel à retenir

À retenir :

Simulation interactive