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L'aléatoire pour introduire les fréquences en classe

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REPERES - IREM. N° 77 - octobre 2009L’ALEATOIRE POURINTRODUIRE LES FREQUENCESEN CLASSE DE CINQUIEMEGuillaume FRANCOISIrem des Pays de la LoireAnt<strong>en</strong>ne du MansL’idée qui préside à l’élaboration et à lamise <strong>en</strong> œuvre des activités prés<strong>en</strong>tées icim’est v<strong>en</strong>ue à la lecture d’un article paru danscette même revue 1 , particulièrem<strong>en</strong>t lorsque<strong>les</strong> auteurs s’interrog<strong>en</strong>t sur l’intérêt qu’ily aurait « à aborder <strong>en</strong> <strong>classe</strong> la notiond’aléatoire <strong>en</strong> parallèle avec l’initiation auxdémarches statistiques, avant l’<strong>en</strong>seignem<strong>en</strong>tdes probabilités ». Il m’a semblé alors intéressant,afin d’instaurer une dynamiquesignifiante d’aller-retour <strong>en</strong>tre probabilitéet fréqu<strong>en</strong>ce, d’<strong>introduire</strong> la notion de fréqu<strong>en</strong>cepar des situations mettant <strong>en</strong> jeu del’aléatoire d’abord intuitivem<strong>en</strong>t vécu ouformulé, ou, autrem<strong>en</strong>t dit, dans <strong>les</strong>quel<strong>les</strong>ce soit une certaine idée intuitive de l’aléatoirequi introduise et mène à la nécessitéde considérer des fréqu<strong>en</strong>ces.Ce que dis<strong>en</strong>t <strong>les</strong> programmesLe programme de cinquième demandede faire calculer des fréqu<strong>en</strong>ces à propos desituations tirées de la vie quotidi<strong>en</strong>ne. Les fréqu<strong>en</strong>cesétant utilisées <strong>pour</strong> comparer, suivantun caractère donné, des populations d’effectifsdiffér<strong>en</strong>ts, ces calculs doiv<strong>en</strong>t pouvoirm<strong>en</strong>er à s<strong>en</strong>sibiliser <strong>les</strong> élèves aux problèmesque pose l’interprétation de tel<strong>les</strong> comparaisons.Ils sont par ailleurs propices à la manipulationd’écritures diverses d’un mêm<strong>en</strong>ombre tel<strong>les</strong> que 2/5, 4/10, 0,4 ou 0.4, 40%.1 J.C.Girard, M.H<strong>en</strong>ry, B.Parzysz, J.F.Pichard. Quelle place <strong>pour</strong>l’aléatoire au collège ?, Repères-IREM n°42, Topiques Éditions,Janvier 2001.83


REPERES - IREM. N° 77 - octobre 2009L’ALEATOIRE POUR INTRODUIRELES FREQUENCES EN CLASSE DE 5EMELe programme de troisième demandequ’on introduise la notion de probabilité dansle cadre de situations familières, soit quandc’est possible « à partir de considérationsintuitives de symétrie ou de comparaison »,soit au travers d’une évaluation approximative« par <strong>les</strong> fréqu<strong>en</strong>ces observées expérim<strong>en</strong>talem<strong>en</strong>t».Vue d’<strong>en</strong>semblede la séqu<strong>en</strong>ce d’activitésL’activité 1, « La fontaine à eau », n’a étéconçue que comme introduction à l’activité 2,« La planche de Galton », qui est l’activité c<strong>en</strong>tralede cette séqu<strong>en</strong>ce. Celle-ci est volontairem<strong>en</strong>tcomplexe, la question posée portantsur une espérance de gain ou un risque de perte.Mais elle est très signifiante quant à la situationqu’elle propose qui est somme toute assezproche d’une situation « réelle » de jeu où ilfaut miser. Elle est donc pot<strong>en</strong>tiellem<strong>en</strong>t porteusede s<strong>en</strong>s quant au travail mathématiquequ’on devra développer <strong>pour</strong> résoudre <strong>les</strong> problèmesqu’elle pose.Comme je m’y att<strong>en</strong>dais, <strong>les</strong> élèves neréussir<strong>en</strong>t pas à résoudre le problème tout desuite et l’activité 2 fut p<strong>en</strong>dant un mom<strong>en</strong>t laisséede côté. L’activité 3, « Les petits chevaux», a alors permis la liaison <strong>en</strong>tre chanceet fréqu<strong>en</strong>ce. Il a été <strong>en</strong>suite possible de rev<strong>en</strong>irà la planche de Galton, munis de ce nouvel outil,« la fréqu<strong>en</strong>ce », comme mesure d’une certaine« chance » et comme constat expérim<strong>en</strong>tal.Enfin l’activité 4, « Somme de deuxdés », a permis une consolidation des acquisde ce travail.L’<strong>en</strong>semble du travail a été m<strong>en</strong>é p<strong>en</strong>dantdeux semaines au cours du mois de septembre84


REPERES - IREM. N° 77 - octobre 2009L’ALEATOIRE POUR INTRODUIRELES FREQUENCES EN CLASSE DE 5EMEsur six séances. Seu<strong>les</strong> des révisions sur la notionde quoti<strong>en</strong>t et sur la somme de deux fractionsavai<strong>en</strong>t été faites auparavant.Séance 1Activité 1 – La fontaine à eauL’énoncé du bas de la page précéd<strong>en</strong>te aété projeté tel quel au tableau.Le principal objectif de cette activité estde mieux aborder l’activité suivante « Planchede Galton ». Nous profiterons de cette activité<strong>pour</strong> <strong>introduire</strong> du vocabulaire tel que«chemin possible ». De plus, ce sera l’occasionde revoir comm<strong>en</strong>t on additionne deux fractionsde même dénominateur.Même si dans le contrat didactique <strong>en</strong>tremes élèves et moi, il est clair que la réponseatt<strong>en</strong>due à cette question n’est qu’une suitede quatre quantités, je n’ai pas estimé importantde retranscrire la totalité de leurs réponses.Après avoir travaillé individuellem<strong>en</strong>tp<strong>en</strong>dant dix minutes, <strong>les</strong> élèves se sont mispar groupe de 4 ou 5 afin de débattre. Laréponse la plus communém<strong>en</strong>t donnée fut : 0,25 ;0,25 ; 0,25 ; 0,25. Les élèves étant presquetous d’accord sur cette fausse réponse, peu degroupes ont fait évoluer leurs écrits. Sur cinqgroupes, un seul a finalem<strong>en</strong>t eu un débat intéressant.Dans ce groupe, un élève a convaincu<strong>les</strong> autres que l’on ne pouvait pas avoir unquart de litre dans chaque récipi<strong>en</strong>t <strong>en</strong> utilisantl’argum<strong>en</strong>t suivant : « 4 × 0,25 ≠ 2 ». Ensuiteune élève est v<strong>en</strong>ue au tableau <strong>pour</strong> expliquercomm<strong>en</strong>t résoudre le problème : « Si onmet 2 L d’eau dans le récipi<strong>en</strong>t du haut, l’eaucoule et on a 1 L dans chaque récipi<strong>en</strong>t du dessous.Ensuite chaque récipi<strong>en</strong>t se vide, et à chaque85


REPERES - IREM. N° 77 - octobre 2009L’ALEATOIRE POUR INTRODUIRELES FREQUENCES EN CLASSE DE 5EMEfois il coule 0,5 L par <strong>les</strong> trous. On a donc 0,5 L,1 L et 0,5 L dans <strong>les</strong> trois récipi<strong>en</strong>ts. Et si oncontinue, il va couler 0,25 L par là, 0,5 L parlà, 0,5 L par là et 0,25 L par là. (<strong>en</strong> expliquantl’élève fait des flèches sur le schéma qui estau bas de la page précéd<strong>en</strong>te). On a donc0,25 L, 0,75 L, 0,75 L et 0,25 L dans le dernierrécipi<strong>en</strong>t. »On peut remarquer que l’objectif « revoircomm<strong>en</strong>t on additionne deux fractions demême dénominateur » n’a pas du tout étéréalisé, <strong>les</strong> élèves n’ayant pas prononcé lemot demi, ou quart. Je <strong>les</strong> ai laissés travailleravec « leurs nombres décimaux ».Au bout d’une demi-heure, nous sommespassés à l’activité 2.Activité 2 – La Planche de GaltonDeux objectifs peuv<strong>en</strong>t être donnés à cetteactivité : réinvestir le vocabulaire tel que«chemin possible» et faire un travail d’initiationau dénombrem<strong>en</strong>t.Nous avons expliqué ce qu’est un bookmakeret nous nous sommes mis d’accord surle fait qu’il fallait faire <strong>en</strong> sorte que le jeu soitsuffisamm<strong>en</strong>t attractif <strong>pour</strong> que <strong>les</strong> cli<strong>en</strong>ts ai<strong>en</strong>t<strong>en</strong>vie d’y jouer, tout <strong>en</strong> r<strong>en</strong>dant le jeu r<strong>en</strong>table.En observant <strong>les</strong> réponses nous pouvonsremarquer que beaucoup d’élèves n’avai<strong>en</strong>t pascompris. Sans doute aurait-ce été plus parlantsi <strong>les</strong> élèves avai<strong>en</strong>t eu l’occasion de pratiquerun peu <strong>en</strong> jouant au bookmaker sur uneplanche, <strong>en</strong> petits groupes.En annexe 1, vous pouvez lire ce que <strong>les</strong>élèves ont proposé. Ces résultats ont été donnésaprès dix minutes de réflexion indivi-La Planche de Galton86


REPERES - IREM. N° 77 - octobre 2009L’ALEATOIRE POUR INTRODUIRELES FREQUENCES EN CLASSE DE 5EMEduelle. Aucune justification ne leur a étédemandée. On peut remarquer que <strong>les</strong> réponsesdes élèves peuv<strong>en</strong>t être partagées <strong>en</strong> troisgroupes, ce que j’ai représ<strong>en</strong>té par des doub<strong>les</strong>barres dans le tableau :Dans la première partie du tableau, on ser<strong>en</strong>d compte que <strong>pour</strong> treize des élèves, <strong>les</strong>valeurs données sont sans logique appar<strong>en</strong>te,voire parfois assez surréaliste. La plupartdes réponses de ce groupe ont été rejetéespar la <strong>classe</strong>. En effet un élève a fait remarquerque le bookmaker ne pouvait pas annoncerde tels prix, car il ferait faillite.Le deuxième groupe rassemble des élèvesqui ont mis 0 € dans sept cases sur huit (parexemple 0 € ; 0 € ; 15 € ; 0 € ; 0 € ; 0 € ; 0 € ;0 € ; 0 €).Le troisième groupe, est composé de septélèves. Ils ont disposé leurs valeurs de façonsymétrique, mais ne pouvai<strong>en</strong>t expliquer<strong>pour</strong>quoi... L’intuition. (Nous avons parexemple, l’élève 17 qui a choisi 10 € ; 0 € ; 10 € ;0 € ; 50 € ; 50 € ; 10 € ; 0 € ; 10 € )Un débat a eu lieu <strong>en</strong>tre <strong>les</strong> deux derniersgroupes : Le deuxième groupe a réussi àconvaincre la quasi-totalité du troisième groupe.L’argum<strong>en</strong>t qui a semblé le plus pertin<strong>en</strong>taux yeux des élèves est : « On a autant dechances de tomber dans <strong>les</strong> cases A, B C, D,E, F, G, H et I, donc le joueur gagnera peu souv<strong>en</strong>t15 € mais perdra assez souv<strong>en</strong>t, donc noussommes gagnants. ».Ceci dit, <strong>les</strong> élèves n’arrivai<strong>en</strong>t pas à êtreunanimes sur une solution, et ne semblai<strong>en</strong>tpas tous avoir <strong>en</strong>t<strong>en</strong>du un argum<strong>en</strong>t irréfutable.La phrase citée précédemm<strong>en</strong>t n’a pasété admise par tout le monde. Après cettedemi-heure de travail, le seul point sur lequelils étai<strong>en</strong>t d’accord était qu’il leur fallait trouverune justification mathématique unificatrice.Mais comm<strong>en</strong>t ? ... J’avais prévu cettesituation alors je leur ai dit que nous revi<strong>en</strong>drionssur cet exercice plus tard et je leur aiproposé de travailler sur un autre problèmeà la séance suivante : l’activité 3.Par contre, contrairem<strong>en</strong>t à ce quej’avais imaginé, aucun élève n’a fait le li<strong>en</strong><strong>en</strong>tre <strong>les</strong> deux premières activités. Sansdoute que, <strong>pour</strong> <strong>les</strong> élèves, « 2 L d’eau »n’évoque pas directem<strong>en</strong>t « un nombre debil<strong>les</strong> », de plus le nombre d’étapes des deuxsituations n’est pas le même.Séances 2 et 3Activité 3 – Les petits chevaux« Les petits chevaux »1. Quel nombre faut-il obt<strong>en</strong>ir sur le dé <strong>pour</strong> sortirun petit cheval ?2. Quelle chance a-t-on d'obt<strong>en</strong>ir ce résultat ?3. A l'aide des dés que tu as à ta disposition, essayede retrouver ce résultat.La première question n’est qu’un clind’œil… L’objectif principal de cette activité estd’<strong>introduire</strong> le mot « fréqu<strong>en</strong>ce ». Nous feronsle li<strong>en</strong> <strong>en</strong>tre probabilités et statistiques.Nous montrerons que la fréqu<strong>en</strong>ce d’unévénem<strong>en</strong>t s’approche de « la chance d’obt<strong>en</strong>ircet événem<strong>en</strong>t », <strong>en</strong> langage utilisé dansla <strong>classe</strong>, quand le nombre d’expéri<strong>en</strong>ces augm<strong>en</strong>te.Ce terme de « chance » va être petit àpetit remplacé par le terme probabilité. La fréqu<strong>en</strong>cea servi à comparer des populations detail<strong>les</strong> différ<strong>en</strong>tes.87


REPERES - IREM. N° 77 - octobre 2009L’ALEATOIRE POUR INTRODUIRELES FREQUENCES EN CLASSE DE 5EMEVoici le type de compte r<strong>en</strong>du que <strong>les</strong> élèves ont pu produire après deux heures de travail :89


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REPERES - IREM. N° 77 - octobre 2009L’ALEATOIRE POUR INTRODUIRELES FREQUENCES EN CLASSE DE 5EMELes élèves ont alors pu conclure que plusl’effectif total augm<strong>en</strong>tait, plus <strong>les</strong> courbesde répartition des effectifs s’aplatissai<strong>en</strong>tautour d’une droite correspondant à une fréqu<strong>en</strong>ced’<strong>en</strong>viron 0,16. La plupart d’<strong>en</strong>treeux, sans doute parce qu’ils ont comparé1leur fréqu<strong>en</strong>ce avec – <strong>en</strong> début d’activité,6ont très vite compris que ce 0,16 était une1valeur approchée de – et leur conclusion a6donc été que plus l<strong>en</strong>ombre de lancers augm<strong>en</strong>tait,plus <strong>les</strong> fréqu<strong>en</strong>ces ont t<strong>en</strong>dance à1se rapprocher de – .6Trace écritePlus on lance le dé, plus la fréqu<strong>en</strong>ce d’apparitiondu se rapproche de – qui est la16chance d’obt<strong>en</strong>ir .Nous pouvons trouver cette chance <strong>en</strong> calculant–––––––––––––––––––– .nombre de cas favorab<strong>les</strong>nombre de cas totalIl faut faire un grand nombre de fois l’expéri<strong>en</strong>ce.La fréqu<strong>en</strong>ce se calcule de la façon suivante: ––––––––– .effectifeffectif totalLorsque le nombre de lancers augm<strong>en</strong>te, lafréqu<strong>en</strong>ce se rapproche de plus <strong>en</strong> plus de lachance d’obt<strong>en</strong>ir .Séance 4. Retour à la planche de GaltonC’est après une semaine de travail que jeme suis donc permis de demander aux élèvessi, suite à notre expéri<strong>en</strong>ce sur <strong>les</strong> dés, ils avai<strong>en</strong>tune idée <strong>pour</strong> résoudre le problème de laplanche de Galton.élève 1 :Voici un extrait du dialogue :Il faudrait faire l’expéri<strong>en</strong>cebeaucoup de fois <strong>pour</strong> voir cequi se passe.élève 2 : Oui, et puis calculer <strong>les</strong> fréqu<strong>en</strong>ces.le professeur : Précise ta p<strong>en</strong>sée, à propos desfréqu<strong>en</strong>ces ?élève 2 : Bah, le nombre de bil<strong>les</strong> quivont dans A divisé par le nombrede bil<strong>les</strong> <strong>en</strong> tout. Et on fait pareil<strong>pour</strong> <strong>les</strong> autres cases.le professeur : Très bi<strong>en</strong>, nous avons effectivem<strong>en</strong>tla possibilité de réitérerl’expéri<strong>en</strong>ce un grand nombrede fois, puis d’observer l’évolutiondes fréqu<strong>en</strong>ces d’arrivéedans chacune des cases de A àH......mais <strong>pour</strong> le cas du dé, onconnaissait la chance d’obt<strong>en</strong>irune face sans faire l’expéri<strong>en</strong>ce.Ici peut-on connaître la chanced’arriver dans une case sansfaire l’expéri<strong>en</strong>ce ?La <strong>classe</strong> restant muette, j’ai sorti laplanche de Galton et fait l’expéri<strong>en</strong>ce devanteux avec 200 bil<strong>les</strong>. Les résultats obt<strong>en</strong>ussont rassemblés dans le cadre ci-contre.La dernière ligne du tableau et le graphiqueont été un travail effectué par <strong>les</strong> élèves. Je92


REPERES - IREM. N° 77 - octobre 2009L’ALEATOIRE POUR INTRODUIRELES FREQUENCES EN CLASSE DE 5EMECases A B C D E F G H totalEffectif 1 9 38 45 54 32 19 2 200Fréqu<strong>en</strong>ce 0,005 0,045 0,19 0,225 0,27 0,16 0,085 0,01 1leur ai <strong>en</strong>suite demandé ce qu’ils p<strong>en</strong>sai<strong>en</strong>tde leurs résultats. Un élève a remarqué quel’ « On a plus de chance de tomber au milieuque sur <strong>les</strong> bords». Cette affirmation a étéconfirmée par un autre élève qui a ajouté quec’est « Normal, il n’y a qu’un chemin qui va<strong>en</strong> A. » Après que l’élève a tracé le chemin autableau, j’ai invité la <strong>classe</strong> à chercher <strong>les</strong>chemins qui mèn<strong>en</strong>t <strong>en</strong> B. Alors qu’un élèvea corrigé au tableau <strong>en</strong> traçant <strong>les</strong> cheminsvers B, un autre a levé la main <strong>pour</strong> faire laremarque que « Ça fait comme <strong>les</strong> chemins del’eau, c’est <strong>pour</strong> cela que ça arrive plus auc<strong>en</strong>tre ». Pour compter le nombre de cheminsqui mèn<strong>en</strong>t dans <strong>les</strong> cases, nous sommes partisdu haut et nous avons compté <strong>les</strong> cheminsqui mèn<strong>en</strong>t à chaque clou, niveau par niveau.Nous n’avons pas utilisé le même procédéque <strong>pour</strong> l’eau, c’est-à-dire que nous n’avonspas pris un nombre n de bou<strong>les</strong> et dit que surchaque clou de la deuxième ligne, il y auraitn –2 bou<strong>les</strong>, puis à la rangée suivante on auraitn n n –2 bou<strong>les</strong>, –4 bou<strong>les</strong> et –2 bou<strong>les</strong> sur <strong>les</strong> trois93


REPERES - IREM. N° 77 - octobre 2009L’ALEATOIRE POUR INTRODUIRELES FREQUENCES EN CLASSE DE 5EMEclous, ... En effet, <strong>les</strong> élèves v<strong>en</strong>ai<strong>en</strong>t de remarquerle li<strong>en</strong> avec la fontaine à eau quant à laforme de la solution, mais pas quant au procédéde calcul. Pour calculer la chance d’arriverdans une case, il se sont plutôt inspirésdu calcul probabiliste utilisé avec <strong>les</strong> dés.D’où l’idée qu’ont eu quelques élèves, de compterle nombre de chemins possib<strong>les</strong> <strong>pour</strong> arriver<strong>en</strong> bas de notre planche.Sans le savoir, <strong>les</strong> élèves sont finalem<strong>en</strong>tarrivés au triangle de Pascal :Sur ce schéma, chaqu<strong>en</strong>ombre représ<strong>en</strong>te l<strong>en</strong>ombre de cheminspossib<strong>les</strong> <strong>pour</strong>arriver surun clou.Assez naturellem<strong>en</strong>t et toujours <strong>en</strong> li<strong>en</strong> avecl’activité sur <strong>les</strong> dés, <strong>les</strong> élèves ont voulu calcu-nombre de chemin(s) m<strong>en</strong>ant à une caseler ––––––––––––––––––––––––––––––– ,nombre total de chemins<strong>pour</strong> calculer la « chance que l’on a d’arriverdans chaque case ».Nous avons <strong>en</strong>suite comparé ces résultatsavec nos calculs de fréqu<strong>en</strong>ces : voir le tableauet le graphique ci-contre.Et que peut-on espérer gagner ?Rev<strong>en</strong>ons au problème initial. Nous cherchionsquels prix mettre dans chacune des boîtesde A à H. Tout d’abord, à l’aide des calculs deprobabilités et de statistiques, <strong>les</strong> élèves ontpu se mettre d’accord sur la symétrie de la solution,et sur le fait que <strong>les</strong> prix devai<strong>en</strong>t êtreplus forts aux extrémités et plus faib<strong>les</strong> auc<strong>en</strong>tre. Voici un exemple de proposition d’élève,après un débat <strong>en</strong> <strong>classe</strong> puis un travail individuel:15 € 5 € 3 € 1 € 1 € 3 € 5 € 15 €A B C D E F G HSi on joue 128 fois, on peut espérer gagner 386 € :[21 × ( 5 – 2) + 35 × (5 – 1)– (15 – 5) – 7 × ( 5 – 5)] × 2 = 386Trace écrite11Chance d’arriver <strong>en</strong> A ou <strong>en</strong> H : –––––––––––––––––––––––––– = –– ≈ 0,008.1 + 7 + 21 + 35 + 35 + 21 + 7 + 1 12877Chance d’arriver <strong>en</strong> B ou <strong>en</strong> G : –––––––––––––––––––––––––– = –– ≈ 0,055.1 + 7 + 21 + 35 + 35 + 21 + 7 + 1 1282121Chance d’arriver <strong>en</strong> C ou <strong>en</strong> F : –––––––––––––––––––––––––– = –– ≈ 0,164.1 + 7 + 21 + 35 + 35 + 21 + 7 + 1 1283535Chance d’arriver <strong>en</strong> D ou <strong>en</strong> E : –––––––––––––––––––––––––– = –– ≈ 0,273.1 + 7 + 21 + 35 + 35 + 21 + 7 + 1 12894


REPERES - IREM. N° 77 - octobre 2009L’ALEATOIRE POUR INTRODUIRELES FREQUENCES EN CLASSE DE 5EMECases A B C D E F G H totalFréqu<strong>en</strong>ce 0,005 0,045 0,19 0,225 0,27 0,16 0,085 0,01 1Probabilité 0,008 0,055 0,164 0,273 0,273 0,164 0,055 0,008 1On peut espérer gagner 3,02 € par partie.386 ÷ 128 ≈ 3,02 . »Cet écrit d’élève, bi<strong>en</strong> qu’imparfait danssa syntaxe, montre que le problème a étécompris et résolu. Il serait quand même préférableque la trace écrite retranscrive une phrasedu type : “ Si 128 personnes t<strong>en</strong>t<strong>en</strong>t leurchance, le bookmaker peut espérer gagner386 € ”. Les élèves ont pris conci<strong>en</strong>ce que <strong>les</strong>jeux de hasard ne sont pas forcém<strong>en</strong>t si hasardeux<strong>pour</strong> tout le monde. Le bookmaker saitoù il va, lui... Louis Pasteur a écrit “Le hasardne favorise que <strong>les</strong> esprits préparés”.Même si la solution de l’élève citée cidessusn’est pas idéale, on <strong>pour</strong>rait effectivem<strong>en</strong>tse demander si avec ce choix, beaucoup de personnesaccepterai<strong>en</strong>t de se soumettre au jeu,sachant qu’il perdrait de l’arg<strong>en</strong>t <strong>pour</strong> lagrande majorité des issues. Ceci dit il peut95


REPERES - IREM. N° 77 - octobre 2009L’ALEATOIRE POUR INTRODUIRELES FREQUENCES EN CLASSE DE 5EMEgagner jusqu’à 10 €. Pour évaluer le choix dubookmaker, il faudrait avoir une étude ducomportem<strong>en</strong>t humain face au jeu. De toutefaçon, l’élève est capable de réajuster ces prix<strong>en</strong> fonction des types de cli<strong>en</strong>ts <strong>en</strong> étant assuréd’avoir un rev<strong>en</strong>u sur le long terme.Finalem<strong>en</strong>t <strong>en</strong> une heure, ils ont réussià résoudre un problème qui leur semblaitimpossible à résoudre une semaine auparavant.Effectivem<strong>en</strong>t, alors que la notion dehasard leur semblait être une notion presqueimpalpable, <strong>les</strong> élèves ont réussi à le mesurergrâce à la probabilité, ou à l’estimer àl’aide des fréqu<strong>en</strong>ces.Séance 5. Un prolongem<strong>en</strong>t possible :Pour prolonger, je leur ai posé la questionsuivante : Que faut-il mettre au minimum dans<strong>les</strong> cases C et F, <strong>pour</strong> que le bookmaker gagne<strong>en</strong> moy<strong>en</strong>ne 4 € par partie, avec <strong>les</strong> donnéessuivantes :données sociologiques permettant de savoir cequi attirerait <strong>les</strong> cli<strong>en</strong>ts, ou s’il sait comm<strong>en</strong>tse comporterait l’être humain face au jeu,alors il est <strong>en</strong> mesure de donner mathématiquem<strong>en</strong>tune répartition des gains.La quasi-totalité des élèves ont proposéune solution par tâtonnem<strong>en</strong>t. Seul un élèvea proposé une réponse formulée de façon plusexperte :« 4 × 128 = 512512 ÷ 2 = 25621 × ( 5 – ?) + 35 × (5 – 0)– (20 – 5) – 7 × (5 – 5) = 25621 × ( 5 – ?) + 35 × (5 – 0)– (20 – 5) – 7 × ( 5 – 5) = 25621 × ( 5 – ?) + 160 = 25621 × ( 5 – ?) = 965– (96 ÷ 21) ≈ 0,4Il faut mettre 40 c<strong>en</strong>times dans <strong>les</strong> casesC et F. »20 € 5 € ? 0 € 0 € ? 5 € 20 €A B C D E F G HIl peut paraître surpr<strong>en</strong>ant de choisir ungain de 4, <strong>pour</strong> 5 de mise. Cela veut dire quele bookmaker gagne 4 fois plus que le cli<strong>en</strong>tauquel il propose de jouer. Lorsqu’on faitcette remarque, nous raisonnons <strong>en</strong> tantqu’esprit préparé au hasard, <strong>pour</strong> repr<strong>en</strong>dre<strong>les</strong> termes de Louis Pasteur. En effet, <strong>pour</strong>l’homme de la rue, l’appel du 20 € <strong>pour</strong>raitêtre plus fort que la raison. Cette question estplus sociologique que mathématique. Ce quiest important du point de vue de l’élève (del’appr<strong>en</strong>ti mathématici<strong>en</strong>), c’est que s’il a <strong>les</strong>Il me semble important de faire vivredans mes <strong>classe</strong>s ces deux méthodes derésolution (par essais-erreurs et « algébriquem<strong>en</strong>t») tout <strong>en</strong> <strong>en</strong> discutant <strong>les</strong>avantages et <strong>les</strong> inconvéni<strong>en</strong>ts. C’est <strong>en</strong> effetune préparation à la notion d’équation.L’équation n’arrivera pas de façon formaliséedans la <strong>classe</strong> mais naîtra petit àpetit de situation de ce g<strong>en</strong>re.En conclusion : Séance 6L’activité 4 « Somme de dés » a été l’occasion,<strong>pour</strong> <strong>les</strong> élèves, de réinvestir leurs acquis :« On lance deux dés et on s’intéresse à lasomme des nombres indiqués par ces derniers.96


REPERES - IREM. N° 77 - octobre 2009L’ALEATOIRE POUR INTRODUIRELES FREQUENCES EN CLASSE DE 5EMEQuels sont tous <strong>les</strong> résultats que l’on peutobt<strong>en</strong>ir, ainsi que la chance de <strong>les</strong> obt<strong>en</strong>ir ? Al’aide des dés que tu as à ta disposition, essayede retrouver ce résultat. » Les élèves ont passépresque une heure sur cet exercice (correctioncomprise). Le calcul de probabilité a été facilitépar la première partie de la question.Celle relative aux fréqu<strong>en</strong>ces n’a posé aucunproblème, certains élèves ayant même demandés’ils pouvai<strong>en</strong>t travailler <strong>en</strong> groupe afin d’augm<strong>en</strong>terl’effectif.Au cours de ces séances j’ai défini la probabilitéd’un événem<strong>en</strong>t, comme étant lachance d’obt<strong>en</strong>ir cet événem<strong>en</strong>t, mais c’estsurtout le mot « chance » que j’ai employé. Enpartant de « chance » et « risque », on s’appuiesur le langage courant, puis, petit à petit,nous formalisons ces notions car nous pouvons<strong>les</strong> évaluer. Nous arrivons <strong>en</strong> effet à calculercette « chance » ou ce « risque » à l’aide desfréqu<strong>en</strong>ces. Cette formalisation permet auxélèves de donner du s<strong>en</strong>s au mot fréqu<strong>en</strong>ce.« Donner du s<strong>en</strong>s », une expression parfois malutilisée. Donner du s<strong>en</strong>s à sa matière ne veutpas forcém<strong>en</strong>t dire qu’il faut proposer desproblèmes pseudo-concrets empruntés à uneautre matière telle que <strong>les</strong> sci<strong>en</strong>ces physiques,la géographie, ...Les mathématiques se suffis<strong>en</strong>t à el<strong>les</strong>même, et donner du s<strong>en</strong>s aux mathématiquesc’est aussi faire des ponts <strong>en</strong>tre <strong>les</strong> différ<strong>en</strong>tesnotions de notre matière et <strong>les</strong> faire vivredans la <strong>classe</strong> <strong>en</strong> parallèle. En cinquième,nous avons donc l’occasion de travailler deconcert aléatoire, probabilité et fréqu<strong>en</strong>cedans nos cours. Je n’ai volontairem<strong>en</strong>t pas insistésur le mot « probabilité », ce qui n’empêchepas de l’utiliser durant le cycle c<strong>en</strong>tral afin defaciliter l’introduction de la notion de probabilité<strong>en</strong> <strong>classe</strong> de troisième. Nous v<strong>en</strong>ons devoir que nous pouvons <strong>introduire</strong> la notion defréqu<strong>en</strong>ce <strong>en</strong> statistiques à partir des probabilitéspuis refaire le li<strong>en</strong> <strong>en</strong> <strong>classe</strong> de troisième<strong>en</strong>tre statistiques et probabilités « fréqu<strong>en</strong>tistes ».Je p<strong>en</strong>se que le li<strong>en</strong> statistique vers probabilitéest assez difficile, car on ne connaît pas forcém<strong>en</strong>tle modèle que l’on va utiliser. Afin defaciliter ce li<strong>en</strong>, il me semble important de travaillerl’introduction des statistiques avec <strong>les</strong>probabilités. De plus il faut avoir étudié le dé<strong>en</strong> tant que « jeu de dé » avant de pouvoir l’utilisercomme outil de simulation, lors d’études<strong>en</strong> probabilité.Le fait d’être bloqués à l’activité 2 et derelancer avec l’activité 3, puis de permettreaux élèves de chercher et de créer des li<strong>en</strong>s<strong>en</strong>tre <strong>les</strong> différ<strong>en</strong>tes situations problèmesproposées, me sembe important. Cettedémarche heuristique aide l’élève à appr<strong>en</strong>dreà chercher, à utiliser un brouillon. En <strong>classe</strong>,j’insiste beaucoup sur le fait que faire desmathématiques n’est pas forcém<strong>en</strong>t évid<strong>en</strong>t,mais peut être à notre portée si nous nous<strong>en</strong> donnons <strong>les</strong> moy<strong>en</strong>s. Lire et relire unénoncé, ne nous débloque pas. Par contre, fairele li<strong>en</strong> avec des problèmes que l’on saitrésoudre participe à la recherche d’une solution.Et même si l’élève n’y parvi<strong>en</strong>t pas, ilaura été <strong>en</strong> activité mathématique au lieud’att<strong>en</strong>dre la solution.Enfin <strong>pour</strong> conclure sur la notion de fréqu<strong>en</strong>ce,<strong>les</strong> élèves l’ont intégrée comme « unquoti<strong>en</strong>t » permettant de comparer deux populationsd’effectifs différ<strong>en</strong>ts, et non commeune formule que l’on appr<strong>en</strong>d et que l’on ressortle jour d’une évaluation. Là <strong>en</strong>core, <strong>les</strong> élèvesont eu l’occasion de donner du s<strong>en</strong>s à un<strong>en</strong>otion mathématique.97


REPERES - IREM. N° 77 - octobre 2009L’ALEATOIRE POUR INTRODUIRELES FREQUENCES EN CLASSE DE 5EMEANNEXE 198


REPERES - IREM. N° 77 - octobre 2009L’ALEATOIRE POUR INTRODUIRELES FREQUENCES EN CLASSE DE 5EMEANNEXE 2« Tableaux - Lancers de dé «Les docum<strong>en</strong>ts suivants sontdes docum<strong>en</strong>ts distribués aux élèves.99


REPERES - IREM. N° 77 - octobre 2009L’ALEATOIRE POUR INTRODUIRELES FREQUENCES EN CLASSE DE 5EME100


REPERES - IREM. N° 77 - octobre 2009L’ALEATOIRE POUR INTRODUIRELES FREQUENCES EN CLASSE DE 5EME101

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