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Récompense magique

Posté par
flight
29-11-23 à 20:07

Bonsoir,

Je vous propose l'exercice suivant , vous aimerez peut être !  petit Louis est récompensé par une divinité qui se propose de lui offrir tout les jours soit une pièce de 2€ avec une probabilité de 2/3 , soit une pièce de 1€ avec une probabilité de 1/3 , on note X la variable aléatoire égale au rang du jour à partir duquel le cumul obtenu par Louis est supérieur ou égal à 100. (une fois cette somme atteinte ou dépassée la divinité arrête immédiatement sa distribution.
Quelle est la loi de X et quelle est son esperance ?

Posté par
dpi
re : Récompense magique 30-11-23 à 08:41

Bonjour,

Je tente quelque chose de simple..

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Posté par
flight
re : Récompense magique 30-11-23 à 10:32

Bravo dpi   , restera la loi de X ,

Posté par
verdurin
re : Récompense magique 02-12-23 à 18:57

Bonsoir,
j'ai comme un doute sur le raisonnement de dpi, qui est vraisemblablement celui de flight.
On a pas E(f(X))=f(E(X)).
De fait une simulation sur trois millions d'essais me donne une espérance d'environ 60,24.

Posté par
dpi
re : Récompense magique 03-12-23 à 09:38

Bonjour verdurin

Pa r définition pour 3 millions d'essais il devait y avoir
2 millions de 2 et 1 million de 3  

Posté par
dpi
re : Récompense magique 03-12-23 à 09:45

Pardon ...et 1 million de 1

Pour  60.24  le test devrait compter environ  198000  2 et102000 1
ce qui est très près de l'énoncé  2/3 1/3

Posté par
carpediem
re : Récompense magique 03-12-23 à 21:03

salut

soit Y_n la variable aléatoire suivant la loi de Bernoulli de paramètre 2/3 : donc P(Y_n = 1) = 2/3 $ et $ P(Y_n = 0) = 1/3

et posons X_n = 1 + Y_n la variable aléatoire donnant la somme gagnée le n-ième jour

les variables X_n sont identiques et indépendantes car les Y_n le sont

posons enfin S_n = \sum_1^n X_k la variable aléatoire donnant la somme totale obtenue au n-ième jour

alors S_n = n + \sum_1^n Y_k = n + B_n  où  B_n = \sum_1^n Y_k suit la loi binomiale de paramètres n et 2/3

ce qui donne la loi de S_n et E(S_n) = n + E(B_n) = n + \dfrac 2 3 n = \dfrac 5 3 n

E(S_n) \ge 100 \Longrightarrow n \ge 60

pour arriver à 100,  n peut prendre les valeurs paires de 50 (100 = 50 * 2) à 100 = 100 * 1 car à toutes pièces de 2 en moins il faut rajouter deux pièces de 1 donc

n prend toutes les valeurs paires n = 50, 52, 54, ..., 100 et écrivant alors n = 50 + 2k pour k variant de 0 à 25 et alors P(X = 50 + 2k) = {50 + 2k \choose 2k} \left( \dfrac 2 3 \right)^{50 - k} \left( \dfrac 1 3 \right)^{2k}

mais pour dépasser 100 on peut aussi arriver à 99 + 2 c'est à dire obtenir un nombre impair de 1 zet des 2 pour arriver à 99 et nécessairement finir par 2

pour n = 2k + 1 avec k variant de 1 à 99 on a alors P(X = n) = ??

to be continued ...

Posté par
verdurin
re : Récompense magique 04-12-23 à 18:25

Bonsoir à tous.
Pour l'espérance on peut voir sur un exemple simple pourquoi elle n'est pas égale à 60.

On suppose que l'expérience s'arrête dès que le total est supérieur ou égal à 4.
Ce total peut-être atteint en :
2 jours avec 2+2 et donc une proba de 4/9=12/27
3 jours avec 2+1+..., 1+2+... ou 1+1+2 donc une proba de 14/27
4 jours avec 1+1+1+... donc une proba de 1/27
L'espérance du nombre de jours est donc (212+314+41)/27=70/272,59.
Ce qui est strictement plus grand que 4/(5/3)=12/5=2,4.

Posté par
verdurin
re : Récompense magique 04-12-23 à 18:42

Pour la loi de X, en reprenant les notations de carpediem.
On a X=n si S_{n-1}=99 ou si S_{n-1}=98 et que l'on tire un 2 au n-ième jour, ces deux cas étant incompatibles.
D'où
\text{P}(X=n)=\text{P}(B_{n-1}=100-n)+\frac23\text{P}(B_{n-1}=99-n).
À prendre avec des pincettes car je suis malade.

Posté par
flight
re : Récompense magique 11-12-23 à 18:14

Bonsoir Verdurin   pour cette partie du calcul de ton post du 4/12 à 18h25  "3 jours avec 2+1+..., 1+2+... ou 1+1+2 donc une proba de 14/27"  le resultat m'a l'air bizzare,  en effet par calcul direct avec la loi binomiale  cela donnerait C(3,1)*(2/3)*(1/3)²=2/9 ,... pourquoi 14/27 ?

Posté par
flight
re : Récompense magique 11-12-23 à 19:05

...j'ai relu ton dernier post  ,pour P(X=n) je ne vois pas trop comment ta formule marche dans la pratique , comment est ce que je peux verifier que  P(X=50)=(2/3)50  avec ta formule ?

Posté par
verdurin
re : Récompense magique 11-12-23 à 19:22

Bonsoir flight.
Pour le calcul avec arrêt à 4.
On arrête le troisième jour avec les tirages suivants :
1+1+2 proba 2/27
1+2+1 proba 2/27
1+2+2 proba 4/27
2+1+1 proba 2/27
2+1+2 proba 4/27
Ce qui fait bien un total de 14/27.
Il faut remarquer que l'ordre est important, avec deux 2 et un 1 on arrête soit en deux jours soit en trois, et c'est ce qui fait que la loi binomiale n'est pas utilisable directement.

Pour le second post je me suis vraisemblablement trompé

Posté par
verdurin
re : Récompense magique 11-12-23 à 20:02

En fait je ne me suis pas trompé ( du moins pas sur le cas n=50 ).
La variable aléatoire B_{49} suit une loi binomiale de paramètres 49 et 2/3.
On a \text{P}(X=50)=\text{P}(B_{49}=50)+\frac23\text{P}(B_{49}=49).
Il est clair que \text{P}(B_{49}=50)=0 et que \text{P}(B_{49}=49)=\bigl(\frac23\bigr)^{49} d'où \text{P}(X=50)=\bigl(\frac23\bigr)^{50}

Posté par
flight
re : Récompense magique 12-12-23 à 00:38

a tu testé d'autres valeur de k ?....

de mon coté j'ai trouvé la formule suivante testé pour quelques valeurs de k :
P(X=k)=C(k-1,100-k).((2/3)101-k.(1/3)2j-101+(2/3)100-k.(1/3)2k-100] + C(k-1,99-k)(2/3)100-k(1/3)2k-100    avec (C(n,p)=0 si p>n)

pour k=50  j'obtiens bien P(X=50)=(2/3)50
pour k =55, j'obtiens P(X=55)=0,019  et une simulation me donne la meme valeur .
pour k =58, j'obtiens P(X=58)=0,115  et une simulation me donne la meme valeur .
pour k =60 j'obtiens P(X=60)=0,181  et une simulation me donne la meme valeur .

Posté par
dpi
re : Récompense magique 12-12-23 à 06:54

La question pratique étant  Louis veut partir avec 100€ ,combien de
jours doit-il attendre en moyenne  ?
Ma réponse simpliste est 60.

Posté par
flight
re : Récompense magique 12-12-23 à 11:24

je trouve aussi 60

Posté par
verdurin
re : Récompense magique 12-12-23 à 18:03

Bonsoir à tous.
J'ai l'impression que la formule donnée par flight est la même que celle que j'ai donnée.
Avec un désaccord pour k=55 : je trouve P(X=55)0,008 et mes simulations sont du même avis. Je me demande si il n'y a pas une faute de frappe 55 mis pour 65 ce qui donnerait le même résultat pour nous deux.

Je ne sais comment vous avez fait le calcul de l'espérance car mon tableur ( LibreOfficeCalc ) donne aussi 60,24.
Je me demande si il n'y a pas eu des arrondis inopportuns.

Un calcul exact avec Xcas donne

\text{E}(X) =\dfrac{10348780616298787527110727437675416803738582785350}{171792506910670443678820376588540424234035840667}\approx 60,\!24-6\cdot10^{-18}

Posté par
dpi
re : Récompense magique 13-12-23 à 17:13

Si on fait un test qui respecte

Citation :
2€ avec une probabilité de 2/3 , soit une pièce de 1€ avec une probabilité de 1/3
.
on devrait obtenir  un nombre entier par définition....
L'énorme calcul doit fait intervenir 2€  avec une probabilité de 2.008/3.

Posté par
verdurin
re : Récompense magique 13-12-23 à 18:27

On obtient pas un nombre entier car le petit Louis ne gagne pas exactement 100€ : il gagne 100€ ou 101€.

Au passage le dénominateur de la fraction que je donnai est 399 ce qui semble logique mais incompatible avec une proba du style 2.008/3 qui ne donnerait pas un numérateur entier.

Posté par
verdurin
re : Récompense magique 13-12-23 à 21:39

À dpi.
On peut regarder ton raisonnement simple dans le cas où les dons s'arrêtent dès que le total est supérieur ou égal à 5.
On a 5/(5/3)=3 et ton raisonnement  semble en conclure qu'il faut en moyenne 3 jours pour avoir un total supérieur ou égal à 5.
Or il faut au moins 3 jours pour avoir ce résultat, mais peut-être 4 ou 5 jours.
En moyenne il faut donc strictement plus de 3 jours.
Et tu peux regarder tous les cas possibles ( ils sont peut nombreux ) pour calculer l'espérance ou faire une simulation.

Amicalement,
verdurin.

Posté par
dpi
re : Récompense magique 14-12-23 à 08:51

>verdurin
Je suis d'accord avec toi pour les petites périodes *,mais si
la somme n'est pas entière ,cela signifie que la proportion 2/3 1/3
n'est pas exactement respectée.

*par définition <100€
un exemple pour 60

Amicalement
Récompense magique

Posté par
verdurin
re : Récompense magique 14-12-23 à 18:54

Ce qui se passe c'est que l'on termine toujours par une « petite période ».
En 57 jours on a en moyenne 95€, et il faudra, en moyenne, plus de 3 jours pour dépasser 100€.

Posté par
dpi
re : Récompense magique 15-12-23 à 07:56

Normal , si en 57 jours le total  moyen est 95€ ce qui respecte bien
2/3 1/3 ,le fait de ne pas atteindre 100 € signifie que pour les 3 jours suivants la proportion n'est pas exactement  2/3 1/3

Posté par
verdurin
re : Récompense magique 15-12-23 à 19:33

Oui, et c'est évident si on regarde les tirages qui terminent le jeu.
Ce que tu ne semble pas vouloir faire, malgré mes indications.



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