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Probabilites finies

Axiomes des probabilités, conditionnement, formule de Bayes, indépendance et probabilités totales.

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Introduction

Les probabilités sur un univers fini constituent le socle de tout le programme de probabilités. Le conditionnement et la formule de Bayes sont des classiques absolus des concours, tant en exercice qu'en problème.


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Définitions essentielles

Définition : Espace probabilisé fini — Couple (Ω, P) où Ω est fini et P : P(Ω) → [0, 1] vérifie P(Ω) = 1 et P est additive.

Définition : Probabilité conditionnelle — P(A|B) = P(A ∩ B) / P(B) pour P(B) > 0.

Définition : Indépendance — A et B sont indépendants si P(A ∩ B) = P(A)·P(B).

Définition : Système complet d'événements (SCE) — Famille (B₁, …, Bₙ) d'événements disjoints deux à deux dont la réunion est Ω.


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Théorèmes et propriétés fondamentaux

Formule des probabilités totales

Si (B₁, …, Bₙ) est un SCE avec P(Bᵢ) > 0, alors pour tout A : P(A) = Σᵢ P(A|Bᵢ)·P(Bᵢ).

A retenir

: « Décomposer selon les causes » — c'est la méthode systématique pour calculer P(A).

Formule de Bayes

P(Bⱼ|A) = P(A|Bⱼ)·P(Bⱼ) / Σᵢ P(A|Bᵢ)·P(Bᵢ).

Formule des probabilités composées

P(A₁ ∩ A₂ ∩ … ∩ Aₙ) = P(A₁)·P(A₂|A₁)·P(A₃|A₁∩A₂)·…·P(Aₙ|A₁∩…∩Aₙ₋₁).

Propriétés de l'indépendance

Si A et B sont indépendants, alors A et B̄ le sont aussi, et Ā et B̄ aussi.


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Formules clés

FormuleExpression
Inclusion-exclusion (2 evt)P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
ComplémentaireP(Ā) = 1 − P(A)
Probabilité conditionnelleP(AB) = P(A ∩ B)/P(B)
BayesP(BA) = P(AB)·P(B)/P(A)
ÉquiprobabilitéP(A) =A/Ω
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Méthodes types

Méthode : Calculer une probabilité par arbre

  1. 1Identifier les étapes successives de l'expérience
  2. 2Construire l'arbre pondéré (chaque branche = probabilité conditionnelle)
  3. 3Multiplier le long des branches, additionner les chemins menant à l'événement

Méthode : Appliquer Bayes

  1. 1Identifier les « causes » Bⱼ (SCE)
  2. 2Calculer P(A|Bⱼ) et P(Bⱼ) pour chaque j
  3. 3Calculer P(A) par probabilités totales
  4. 4Appliquer la formule de Bayes

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Pièges classiques

  • Indépendance ≠ incompatibilité. Deux événements incompatibles (A ∩ B = ∅) avec P(A), P(B) > 0 ne sont JAMAIS indépendants
  • L'indépendance mutuelle de n événements est plus forte que l'indépendance deux à deux
  • Ne pas confondre P(A|B) et P(B|A) (confusion fréquente en exercice)
  • Bien vérifier que le SCE est bien un système COMPLET

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Pour aller plus loin

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