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II Organisation de données et fonctions · Chapitre 08 / 14

Probabilités

Issues, événements, équiprobabilité, événement contraire, expériences à deux épreuves.

14 min de lecture
5 sections, 9 exemples
40 exercices · 1 devoir type brevet

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40 exercices corrigés sur les probabilités

L'essentiel en 30 secondes

Une expérience aléatoire a des résultats possibles, les issues ; un événement est réalisé par certaines d'entre elles. Une probabilité est un nombre compris entre 0 et 1 et, quand les issues sont équiprobables, elle vaut le nombre d'issues favorables divisé par le nombre total d'issues. L'événement contraire vérifie P(non A) = 1 − P(A), et l'on n'additionne les probabilités de deux événements que s'ils sont incompatibles. Pour deux épreuves, avec ou sans remise, on dénombre les issues avec un tableau à double entrée ou un arbre des possibles ; sur un grand nombre d'essais, la fréquence observée se stabilise autour de la probabilité.

1 I. Expériences aléatoires, issues et événements

Lancer un dé, tirer une boule dans une urne, faire tourner une roue : on sait d'avance tout ce qui peut se produire, jamais ce qui va se produire. Les probabilités mesurent cette incertitude par un nombre. Avant tout calcul, il faut savoir nommer précisément ce que l'on observe : c'est l'objet de ce premier paragraphe.

2 II. Probabilité d'un événement

La probabilité d'un événement est un nombre qui mesure ses chances de se réaliser. Plus elle est proche de 11, plus l'événement a de chances de se produire ; plus elle est proche de 00, moins il en a.

3 III. Événement contraire, événements incompatibles

4 IV. Expériences à deux épreuves

Beaucoup d'expériences enchaînent deux épreuves : lancer deux dés, tirer deux boules l'une après l'autre, faire tourner deux roues. Une issue est alors un couple de résultats, écrit dans l'ordre des épreuves. Pour n'en oublier aucune et n'en compter aucune deux fois, on les range dans un tableau à double entrée ou dans un arbre des possibles.
Sommevert 11vert 22vert 33vert 44vert 55vert 66
rouge 11223344556677
rouge 22334455667788
rouge 33445566778899
rouge 4455667788991010
rouge 556677889910101111
rouge 66778899101011111212
La somme 77 apparaît dans 66 cases : P(somme=7)=636=16P(\text{somme}=7)=\dfrac{6}{36}=\dfrac{1}{6}. La somme 22 n'apparaît que dans une case, celle du double 11 : P(somme=2)=136P(\text{somme}=2)=\dfrac{1}{36}.
Urne contenant B, V1 et V2 — deux tirages successifs, événement « deux boules violettes »
Avec remise
Tirage 1Tirage 2IssueBBBBV1V1BV2V2V1BBV1V1✓V1V1V2✓V2V2BBV2V1✓V1V2V2✓V2BV1V2
9 chemins équiprobables · 4 favorablesP(deux violettes) = 4/9
Sans remise
Tirage 1Tirage 2IssueBV1V1BV2V2V1BBV1V2✓V2V2BBV2V1✓V1BV1V2
6 chemins équiprobables · 2 favorablesP(deux violettes) = 2/6 = 1/3

5 V. Fréquences et probabilités

Nombre de lancers10101001001 0001\,00010 00010\,000
Nombre de 66 obtenus3319191721721 6611\,661
Fréquence du 660,30{,}30,190{,}190,1720{,}1720,16610{,}1661
Sur 1010 lancers, la fréquence 0,30{,}3 est presque le double de la probabilité. Plus le nombre de lancers augmente, plus les fréquences se rapprochent de 0,1670{,}167 — sans jamais être obligées de lui être égales.

À travailler ensuite

Questions fréquentes

Comment calcule-t-on une probabilité en Troisième ?
Quand les issues sont équiprobables — dé équilibré, tirage au hasard parmi des objets indiscernables au toucher —, on divise le nombre d'issues qui réalisent l'événement par le nombre total d'issues. Avec un dé, obtenir un nombre pair a pour probabilité 36=12\dfrac{3}{6}=\dfrac{1}{2}. Le résultat est toujours compris entre 00 et 11, et peut s'écrire en fraction, en décimal ou en pourcentage.
À quoi sert l'événement contraire « non A » ?
« non AA » est réalisé exactement quand AA ne l'est pas, et P(non A)=1−P(A)P(\text{non }A)=1-P(A). Il simplifie les questions du type « au moins un » : avec deux enfants, le contraire de « au moins une fille » est « deux garçons », de probabilité 14\dfrac{1}{4}, donc la probabilité d'avoir au moins une fille vaut 34\dfrac{3}{4}.
Peut-on toujours additionner deux probabilités ?
Non : P(A ou B)=P(A)+P(B)P(A\text{ ou }B)=P(A)+P(B) seulement si AA et BB sont incompatibles, c'est-à-dire sans issue commune. Avec un dé, « obtenir un nombre pair » et « obtenir au moins 44 » ont les issues 44 et 66 en commun : l'addition 12+12=1\dfrac{1}{2}+\dfrac{1}{2}=1 est fausse, et le dénombrement direct donne 46=23\dfrac{4}{6}=\dfrac{2}{3}.
Tableau à double entrée ou arbre des possibles : lequel choisir ?
Les deux dénombrent les issues d'une expérience à deux épreuves. Le tableau est pratique quand chaque épreuve a beaucoup de résultats, comme pour deux dés (3636 cases) ; l'arbre suit mieux l'ordre des tirages et le cas sans remise, où chaque nœud du second niveau porte une branche de moins. Dans les deux cas, on vérifie que les issues sont équiprobables avant de compter, quitte à numéroter les objets identiques.
Pourquoi la fréquence observée n'est-elle pas égale à la probabilité ?
La fréquence dépend de la série d'essais réalisée, alors que la probabilité est un nombre fixe. Sur 100100 lancers d'un dé, on peut obtenir 1919 fois le 66 au lieu d'environ 1717 ; sur 10 00010\,000 lancers, la fréquence se rapproche nettement de 16≈0,167\dfrac{1}{6}\approx 0{,}167. C'est ce qui permet d'estimer une probabilité inconnue par la fréquence observée sur un grand nombre d'essais.