Première S1-S3 · Leçon 6
Dénombrement
Exercices corrigés
QCM — Cardinal d'un ensemble fini
Exercice 1 — QCM (chaque question : une seule bonne réponse parmi a, b, c, d)
1) $A$ et $B$ sont deux ensembles finis avec $\text{card}(A)=20$, $\text{card}(B)=15$, $\text{card}(A\cap B)=5$. Alors $\text{card}(A\cup B)$ vaut :
a) $35$ b) $30$ c) $40$ d) $10$
2) Dans un ensemble $E$ de cardinal $40$, une partie $A$ vérifie $\text{card}(A)=28$. Le cardinal du complémentaire $\overline A$ vaut :
a) $68$ b) $12$ c) $-12$ d) $40$
3) $E$ et $F$ sont deux ensembles finis, $\text{card}(E)=6$, $\text{card}(F)=4$. Le cardinal de $E\times F$ vaut :
a) $10$ b) $2$ c) $24$ d) $6^4$
4) $E$ est un ensemble à $7$ éléments. Le nombre de parties de $E$ (l'ensemble $\mathcal P(E)$) vaut :
a) $128$ b) $14$ c) $49$ d) $64$
Voir le corrigé
- Réponse : b. $\text{card}(A\cup B)=\text{card}(A)+\text{card}(B)-\text{card}(A\cap B)=20+15-5=30$.
- Réponse : b. $\text{card}(\overline A)=\text{card}(E)-\text{card}(A)=40-28=12$.
- Réponse : c. $\text{card}(E\times F)=\text{card}(E)\times\text{card}(F)=6\times4=24$.
- Réponse : a. $\text{card}(\mathcal P(E))=2^n$ avec $n=7$ : $2^7=128$.
QCM — Arrangements et permutations
Exercice 1 — QCM (chaque question : une seule bonne réponse parmi a, b, c, d)
1) $5!$ vaut :
a) $20$ b) $120$ c) $25$ d) $100$
2) $A_6^2$ vaut :
a) $30$ b) $15$ c) $12$ d) $36$
3) Le nombre de façons de ranger $4$ personnes en file indienne vaut :
a) $24$ b) $16$ c) $12$ d) $4$
4) Pour tout entier $n\geqslant1$, $A_n^n$ est égal à :
a) $n$ b) $n!$ c) $n^n$ d) $1$
Voir le corrigé
- Réponse : b. $5!=5\times4\times3\times2\times1=120$.
- Réponse : a. $A_6^2=6\times5=30$.
- Réponse : a. Ranger $4$ personnes en file = permutation de $4$ éléments : $4!=24$.
- Réponse : b. Un arrangement des $n$ éléments parmi $n$ eux-mêmes est une permutation : $A_n^n=n!$.
QCM — Combinaisons et binôme de Newton
Exercice 1 — QCM (chaque question : une seule bonne réponse parmi a, b, c, d)
1) $\binom72$ vaut :
a) $21$ b) $14$ c) $42$ d) $5$
2) D'après la relation $\binom np=\binom n{n-p}$, on a $\binom{10}3=\binom{10}{k}$ avec $k=$ :
a) $3$ b) $7$ c) $10$ d) $13$
3) Dans le développement de $(x+1)^4$, le coefficient de $x^2$ vaut :
a) $4$ b) $6$ c) $8$ d) $12$
4) D'après la relation de Pascal, $\binom52+\binom53=\binom6{k}$ avec $k=$ :
a) $2$ b) $3$ c) $5$ d) $6$
Voir le corrigé
- Réponse : a. $\binom72=\dfrac{7\times6}{2\times1}=21$.
- Réponse : b. $\binom{10}3=\binom{10}{10-3}=\binom{10}7$, donc $k=7$.
- Réponse : b. Le terme en $x^2$ est $\binom42x^2\times1^2=6x^2$ : coefficient $6$.
- Réponse : b. Relation de Pascal $\binom np+\binom n{p+1}=\binom{n+1}{p+1}$ avec $n=5$, $p=2$ : $\binom52+\binom53=\binom63$, donc $k=3$.
Situation d'intégration — Kermesse d'un lycée
Exercice 2 — Situation d'intégration
Un lycée organise une kermesse de fin d'année. Sur les $200$ élèves de l'établissement, $120$ participent à l'atelier théâtre, $85$ à l'atelier musique, et $40$ participent aux deux ateliers à la fois.
Le comité d'organisation doit commander un tee-shirt pour chaque élève participant à au moins un atelier (sans doublon pour ceux qui font les deux), plus une réserve correspondant à $10\%$ des élèves ne participant à aucun atelier, qui seront mobilisés comme bénévoles le jour J.
Consigne : Déterminer le nombre d'élèves participant à au moins un atelier, le nombre d'élèves ne participant à aucun des deux, puis le nombre total de tee-shirts à commander (réserve bénévoles arrondie à l'entier supérieur).
Situation d'intégration — Coopérative cotonnière
Exercice 2 — Situation d'intégration
Une coopérative agricole compte $10$ membres candidats à un bureau de $3$ postes bien distincts : président, trésorier et secrétaire.
La coopérative doit ensuite afficher, dans l'ordre du meilleur au moins bon, le classement des $5$ producteurs les plus performants (en tonnage de coton) parmi les $12$ producteurs de la coopérative, sans aucun ex-æquo possible.
Consigne : Déterminer le nombre de bureaux différents possibles, puis le nombre de classements différents possibles pour les $5$ meilleurs producteurs parmi les $12$.
Situation d'intégration — Équipe d'animateurs d'une ONG au Sahel
Exercice 2 — Situation d'intégration
Une ONG intervenant dans la région du Sahel a formé $9$ volontaires. Elle doit sélectionner, parmi eux, une équipe de $4$ animateurs pour organiser une campagne de sensibilisation à l'hygiène dans les villages. Les $4$ postes de l'équipe sont identiques : aucune hiérarchie n'est établie entre les animateurs sélectionnés.
Pour son rapport de subvention, l'ONG doit vérifier que le nombre total d'équipes possibles reste strictement inférieur à un plafond de $150$ fixé par le bailleur de fonds (ce plafond garantissant que la procédure de sélection reste suffisamment restreinte et traçable).
Consigne : Calculer le nombre d'équipes de $4$ animateurs possibles parmi les $9$ volontaires, puis vérifier si ce nombre respecte le plafond fixé par le bailleur.
Problème — Codes, digicode et parties
Problème — Codes, digicode et parties d'un ensemble.
Partie A. Un cadenas de vélo utilise un code à $4$ chiffres choisis parmi $\{0,1,\dots,9\}$, les répétitions étant autorisées. 1) Combien de codes différents existe-t-il au total ? 2) Combien de ces codes ont leurs $4$ chiffres deux à deux distincts ?
Partie B. Le digicode d'un immeuble utilise un code de $3$ caractères, chacun choisi parmi les $10$ chiffres et les $26$ lettres de l'alphabet ($36$ symboles au total), répétitions autorisées. Combien de codes différents sont possibles ?
Partie C. Un technicien dispose d'un ensemble $E$ de $8$ clés USB numérotées. Il doit constituer un lot à prêter à un collègue (n'importe quel sous-ensemble de $E$, y compris ne rien prêter ou tout prêter). Combien de lots différents peut-il constituer ?
Problème — Ordre de passage à un examen oral
Problème — $8$ candidats passent un examen oral et sont reçus un par un dans une salle.
Partie A. De combien de façons peut-on établir l'ordre de passage des $8$ candidats ?
Partie B. Parmi ces $8$ candidats, $3$ sont désignés pour représenter leur promotion lors d'une cérémonie officielle, où ils occuperont $3$ sièges numérotés distincts sur l'estrade (siège 1, siège 2, siège 3). Combien de façons y a-t-il de choisir puis de placer ces $3$ candidats sur les $3$ sièges ?
Partie C. Les $5$ candidats restants doivent également être reçus en entretien individuel, dans un ordre précis établi par le jury. Combien d'ordres de passage différents sont possibles pour ces $5$ candidats ?
Problème — Binôme, relation de Pascal et coopérative
Problème.
Partie A. Développer $(x-1)^5$ à l'aide de la ligne $n=5$ du triangle de Pascal.
Partie B. Vérifier la relation $\binom62+\binom63=\binom73$.
Partie C. Une coopérative compte $12$ membres. Elle doit former un comité de $5$ membres, sans distinction de rôle entre eux. Combien de comités différents peut-elle former ?
