Retour

synt_002.tex

Télécharger le fichier
\exo{La machine à bouchons, {\rm bts mai}, {\sl 1996}}
 
Une machine fabrique plusieurs milliers de bouchons cylindriques par
jour. On admet que la variable aléatoire $X$ qui, à chaque bouchon,
associe son diamètre exprimé en millimètres, suit la loi normale de
moyenne $m = 22\mm$ et d'écart-type $\sigma = 0, 025\mm$.
 
Les bouchons sont acceptables si leur diamètre appartient à
l'intervalle $[21, 95; 22, 05]$.
 
Les trois questions de cet exercice peuvent être traitées de manière
indépendante.
 
\itemnum Quelle est la probabilité qu'un bouchon pris au hasard dans
la production soit acceptable~?
 
\itemnum Dans cette question, on considère que la probabilité qu'un
bouchon soit défectueux est $q = 0, 05$.
 
\item{} On prélève au hasard un échantillon de 80~bouchons (ce
prélèvement est assimilé à un tirage de 80~bouchons avec remise). On
nomme $Y$ la variable aléatoire mesurant le nombre de bouchons
défectueux d'un tel échantillon.
 
\itemitemalph Quelle est la loi suivie par la variable aléatoire $Y$~?
Déterminer l'espérance mathématique de la variable $Y$.
 
\itemitemalph On approche $Y$ par une variable aléatoire $Y_1$ qui
suit une loi de Poisson ${\cal P} (\lambda)$. Quelle est la valeur du
paramètre $\lambda$~?
 
\itemitem{} Calculer la probabilité que l'échantillon prélevé
contienne exactement 10~bouchons défectueux.
 
\itemnum En vue du contrôle de réglage de la machine, on prélève
régulièrement dans la production des échantillons de 100~bouchons.
 
\item{} On appelle $\overline X$ la variable aléatoire qui, à chaque
échantillon de 100~bouchons, associe le diamètre moyen des bouchons de
cet échantillon.
 
\item{} Lorsque la machine est bien réglée, $\overline X$ suit la loi
normale de paramètres $m$ et $\sigma' = \sigma/10$ (on rappelle que
$m=22$ et $\sigma = 0, 025$).
 
\itemitemalph Déterminer le réel $a$ tel que $P (22-a \leq \overline X
\leq 22 + a) = 0, 95$.
 
\itemitemalph Sur un échantillon de 100~bouchons, on a les résultats
suivants (les mesures des diamètres étant réparties en classe
d'amplitude $0, 02\mm$)~:
$$\vcenter{\offinterlineskip \halign{
   % preamble
      #\tv && \cc{$#$}& #\tv
   \cr
   \noalign{\hrule}
      &{\rm Classes\ de\ diamètres}&& {\rm effectif\ correspondant}&
   \cr
   \noalign{\hrule}
      & [21, 93 ; 21, 95[ && 3 &
   \cr
   \noalign{\hrule}
      & [21, 95 ; 21, 97[ && 7 &
   \cr
   \noalign{\hrule}
      & [21, 97 ; 21, 99[ && 27 &
   \cr
   \noalign{\hrule}
      & [21, 99 ; 22, 01[ && 30 &
   \cr
   \noalign{\hrule}
      & [22, 01 ; 22, 03[ && 24 &
   \cr
   \noalign{\hrule}
      & [22, 03 ; 22, 05[ && 7 &
   \cr
   \noalign{\hrule}
      & [22, 05 ; 22, 07[ && 2 &
   \cr
   \noalign{\hrule}
}}
$$
En supposant que tous les bouchons d'une classe ont pour diamètre la
valeur centrale de cette classe, donner la moyenne et l'écart-type de
cette série (aucune justification demandée; résultats arrondis à
l'ordre $10^{-4}$).
 
\itemitem{} En utilisant la question précédente, peut-on accepter au
seuil de risque $5\%$, l'hypothèse selon laquelle la machine est bien
réglée~?
 
\finexo
 
\corrige{}
 
\itemnum Soit $A$ l'événement \og {\sl le bouchon est acceptable}\fg
. Vu les conditions posées par l'énoncé, la probabilité de l'événement
$A$ est $p (A) = p (21, 95 \leq X \leq 22, 05)$.
 
\item{} Or la variable $X$ suit la loi normale ${\cal N} (22; 0, 025)$, donc la
variable $T$ définie par \smash{$ \displaystyle T = {X-22 \over 0,
025}$}  suit la loi normale centrée réduite ${\cal N} (0; 1)$.
 
\item{} On a donc
$$\eqalign{
   p (A) = p (21, 95 \leq X \leq 22, 05) &= p (-0, 05 \leq X-22 \leq 0, 05)
\cr
   &= p \left( {-0, 05 \over 0, 025} \leq {X-22 \over 0, 025} \leq {0,
05 \over 0, 025}\right)
\cr
   &= p (-2 \leq T \leq 2)
\cr
   &= 2\Pi (2) - 1 \quad \hbox{vu la symétrie de la courbe de la loi
${\cal N} (0, 1)$}
\cr
   &= 2 \times 0, 977\, 2 - 1 \qquad {\rm soit} \qquad
   \dresultat{p (A) = 0, 954\, 4}
\cr
}$$
 
\itemalphnum Dans cette expérience, les 80~tirages sont indépendants
(puisqu'avec remise), et il n'y a que deux issues possibles (bouchon
défectueux ou non), l'issue qui nous intéresse ayant une probabilité
de $0, 05$. La variable $Y$ suit donc la \tresultat{loi binômiale
${\cal B} (80; 0, 05)$}, et son espérance mathématique est $E (Y) =
80 \times 0, 05$, soit \mresultat{E (Y) = 4}.
 
\itemalph La variable $Y_1$ suit une loi de Poisson ${\cal P}
(\lambda)$. Or le cours nous dit que la loi binômiale ${\cal B} (n,
p)$ peut être approchée, sous certaines conditions, par la loi de
poisson ${\cal P} (np)$ (on conserve la même valeur de
l'espérance). Ici, le paramètre $\lambda$ est donc 
\mresultat{\lambda = 4}.
Dans ce cas, on lit dans le formulaire que \mresultat{p (Y_1 =
10) = 0, 005}.
 
\itemalphnum La variable aléatoire $\overline X$ suit la loi normale
${\cal N} (m, \sigma')$, donc la variable $T$ définie par
$\displaystyle T = {\overline X - m \over \sigma'}$ suit la loi
normale centrée réduite ${\cal N} (0, 1)$. De la même façon qu'à la
question {\bf 1.}, on a~:
$$\eqalign{
   p \big( 22-a \leq \overline X \leq 22+a \big)
      &= p \left( {22-a-m \over \sigma'} \leq T \leq {22+a-m \over
   \sigma'} \right)
\cr
   &=  p \left( -{a \over \sigma'} \leq T \leq {a \over \sigma'} \right)
\cr
   &= 2\Pi \left({a \over \sigma'} \right) - 1 \quad \hbox{vu la
symétrie de la courbe de la loi ${\cal N} (0, 1)$}
\cr
}$$
Pour avoir $p \big( 22-a \leq \overline X \leq 22+a \big) = 0, 95$, il
faut donc avoir $2\Pi \left({a \over \sigma'} \right) - 1 = 0, 95$,
soit $\Pi \left({a \over \sigma'} \right) = 0, 975$. Un coup d'{\oe
}il sur le formulaire nous dit qu'alors, on doit avoir $a /\sigma' =
1, 96$, soit $a = 1, 96 \times \sigma'$. Finalement, on obtient 
\mresultat{a = 0, 004\, 9}.
 
\itemalph Le calcul des moyenne et écart-type de l'échantillon donne
\mresultat{m = 21, 998\, 8} et \mresultat{\sigma \approx 0, 246\, 3}.
 
\item{} La question précédente nous dit que si la machine est bien
réglée, alors la moyenne des diamètres d'un échantillon a $95\%$ de
chances d'être dans l'intervalle $[21, 995\, 1 ; 22, 004\, 9]$. Comme
la moyenne de notre échantillon est bien dans cet intervalle, on peut
légitimement \tresultat{accepter, au risque de $5\%$, l'hypothèse}
selon laquelle la machine est bien réglée.
 
\fincorrige