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Binaire

Posté par
flight
05-10-19 à 15:38

Bonjour

Pour les amateur de bons crus :D

Dans un câble électrique on fait circuler une information binaire de n caractères composées uniquement de  0 et de 1 , la probabilité d'émettre un "1" est 1/3  et celle d'émettre un "0" est de 2/3.
Pouvez vous donner la probabilité de voir apparaitre pour la première fois trois"1"  successifs en bout de chaine ?

Posté par
Zormuche
re : Binaire 06-10-19 à 20:16

bonsoir

on veut donc n-4 bits avec jamais trois 1 de suite, puis 4 bits "0111"
je ne saurais aller plus loin pour le moment :D

Posté par
LittleFox
re : Binaire 07-10-19 à 10:41


En partant de la décomposition de Zormuche.
La probabilité de la partie droite est de 2/3*(1/3)^3 = 2/81.
Il nous reste donc juste à calculer la probabilité de la partie gauche et la multiplier par ce facteur.

On a 4 états : 0, 1 et 11 désigne les états ou on a 0, 1 et 2 '1' en bout de chaine. 111 désigne l'état ou on a vu au moins une fois 3 '1' d'affilée.

On a la récurrence suivante:

\begin{cases} P(0, 0) &= 1\\ P(0, 1) &= 0\\ P(0, 11) &= 0\\ P(0, 111) &= 0\\ \end{cases}

\begin{cases} P(n+1, 0) &= \frac{2}{3}[P(n,0)+P(n,1)+P(n,11)]\\ P(n+1, 1) &= \frac{1}{3}P(n,0)\\ P(n+1, 11) &= \frac{1}{3}P(n,1)\\ P(n+1, 111) &= \frac{1}{3}P(n,11) + P(n,111)\\ \end{cases}

En notation matricielle:

P(n) = \frac{1}{3^n} \begin{bmatrix} 2&2&2&0\\ 1&0&0&0\\ 0&1&0&0\\ 0&0&1&1 \end{bmatrix}^n \begin{bmatrix} 1\\ 0\\ 0\\ 0 \end{bmatrix}

La probabilité recherchée est celle de l'union des états 0,1 et 11 pour n-4 caractères multipliée par 2/81. On a donc comme probabilité finale:

Q(n) = \frac{2}{3^n}\begin{bmatrix} 1&1&1&0  \end{bmatrix}\begin{bmatrix} 2&2&2&0\\ 1&0&0&0\\ 0&1&0&0\\ 0&0&1&1 \end{bmatrix}^{n-4} \begin{bmatrix} 1\\ 0\\ 0\\ 0 \end{bmatrix}

Posté par
jandri Correcteur
re : Binaire 07-10-19 à 11:36

Bonjour,

il n'y a pas de formule explicite pour la probabilité demandée mais seulement une relation de récurrence d'ordre 3. Par exemple pour n=10 la probabilité vaut \dfrac{16}{729}.

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Posté par
LittleFox
re : Binaire 07-10-19 à 15:41


Il n'y a pas de formule explicite mais pour n grand ( >> 15), Q(n) tend vers ba^n.
Avec a solution réelle de

27a^3 = 18a^2 + 6a + 2

a \approx 0.973213188613139 et b \approx 0.028795914
 \\

Posté par
jandri Correcteur
re : Binaire 07-10-19 à 15:47

Il est plus correct d'écrire : Q(n) est équivalent à b a^n quand n tend vers l'infini.

Posté par
LittleFox
re : Binaire 07-10-19 à 15:50


D'accord mais elle le fait très vite. À partir de Q(16) on dépasse les 8 décimales de précision.

Posté par
jandri Correcteur
re : Binaire 07-10-19 à 23:32

Je suis d'accord que ba^n est une très bonne valeur approchée de Q(n).
Ce qui n'est pas correct c'est la phrase " Q(n) tend vers ba^n " car une suite ne peut pas tendre vers quelque chose qui dépend de n.

Posté par
perroquet
re : Binaire 08-10-19 à 05:50

Bonjour à tous.

On peut donner une formulation plus précise de l'excellente approximation de LittleFox de la manière suivante:

soit \alpha l'unique racine réelle du polynôme   x^3-2x^2-2x-2 (avec les notations de LittleFox,   \alpha=3a)

alors     Q(n)=\dfrac{u_n}{3^n}    ,   où  u_n est l'entier le plus proche de    \dfrac{\alpha^n}{2\alpha^2+4\alpha+6}
                                                                                                    (avec les notations de LittleFox  b=\dfrac{1}{2\alpha^2+4\alpha+6})

Posté par
LittleFox
re : Binaire 08-10-19 à 09:56

@perroquet
Comment as-tu calculé le b? Je n'avais qu'une approximation numérique en calculant une centaine de Q(n).

Posté par
LittleFox
re : Binaire 08-10-19 à 10:10

@perroquet
Ta formule donne la bonne réponse même pour les premiers termes Q(n) avec 0 n 3. Je les pensais dur à approximer.

Je suis impressionné

Posté par
perroquet
re : Binaire 08-10-19 à 17:09

@Littlefox:

En fait, je n'aurais jamais entrepris ces calculs si je n'avais pas lu tes messages sur la question.

Voici quelques indications.

Factorisation du polynôme x^3-2x^2-2x-2
On a déjà écrit que ce polynôme P admet une unique racine réelle \alpha avec 2<\alpha < 3. On a:
x^3-2x^2-2x-2= (x-\alpha)\left(x^2+(\alpha-2)x+\dfrac{2}{\alpha}\right)

Calcul du coefficient b:
Notons z et \overline{z} les 2 racines non réelles de P.

On sait que u_n est défini par la relation de récurrence   u_{n+3}=2u_{n+2}+2u_{n+1}+2u_n et par ses premiers termes u_1=u_2=0 et u_3=1.

On en déduit qu'il existe trois constantes b,c,d telles que: \forall n \in \mathbb N^* \  , \ u_n=b\alpha^n +cz^n +d\overline{z}^n  
On détermine b,c,d grâce aux valeurs de u_1,u_2,u_3:
b\alpha +cz+d\overline{z}= 0               L1
b\alpha^2 +cz^2+d\overline{z}^2= 0        L2
b\alpha^3 +cz^3+d\overline{z}^3= 0        L3
Sachant que z,\overline{z} sont racines du polynôme x^2+(2-\alpha)x+\dfrac{2}{\alpha}, on effectue L3+(2-\alpha)L2+\dfrac{2}{\alpha}L1 et on obtient:
(\alpha^3+\alpha^2(\alpha-2)+2)b=1      donc    b=\dfrac{1}{2\alpha^3 -2\alpha^2+2}=\dfrac{1}{2\alpha^2+4\alpha+6}
                                                                  (sachant que   \alpha^3=2\alpha^2+2\alpha +2)

Je n'ai pas eu le courage de calculer explicitement c et d.

Qualité de l'approximation de u_n:
On remarque que |z|^2=z\overline{z}=\dfrac{2}{\alpha}.
On en déduit que z est de module strictement inférieur à 1.
Comme    |u_n-b\alpha^n| \leq (|c|+|d|) |z|^n=(|c|+|d|) \left( \dfrac{2}{\alpha} \right)^{n/2}  , on en déduit qu'à partir d'un certain rang  N,   |u_n-b\alpha^n|<\dfrac{1}{2} et donc que u_n est l'entier le plus proche de b\alpha^n.
Mais j'ai affirmé que ce résultat était vrai pour tout n de \mathbb N^*. En fait, on peut déterminer une valeur de N à partir d'une approximation de |c| et |d|; et ensuite, on peut vérifier le résultat pour n=1,\dots,N-1. Je dois avouer que je n'ai pas fait ces calculs ...

Posté par
LittleFox
re : Binaire 08-10-19 à 17:39


Impressionnant
De mon côté, tout part de la relation de récurrence que jandri a trouvée. Même si j'ai pu la vérifier avec ma matrice, je ne l'aurais pas trouvée si facilement.

Peut-on dire que pour toute relation de récurrence

u_{n} = \sum_{i=1}^k{a_iu_{n-k}}

on a une solution de la forme

u_{n} = \sum_{i=1}^k b_ic_i^n

?

Posté par
perroquet
re : Binaire 08-10-19 à 19:28

Oui si le polynôme  x^k-\sum_{i=1}^{k}a_ix^{k-i}  admet k racines distinctes 2 à 2.
Si les racines de ce polynôme ne sont pas distinctes 2 à 2, notons c_1,\dots,c_p les racines (distinctes 2 à 2) d'ordres de multiplicité \alpha_1,\ldots,\alpha_p. Dans ce cas, les solutions sont de la forme:  u_n=\sum_{i=1}^p \left( \sum_{j=1}^{\alpha_i} b_{i,j} n^{j-1} c_i^n\right)



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