Dénombrement et probabilités sur un univers fini
Pourquoi un test médical fiable à peut-il donner, pour une maladie rare, une majorité écrasante de faux positifs — et pourquoi notre intuition se trompe-t-elle systématiquement sur ce point ?
Le calcul des probabilités naît en 1654 d'une correspondance entre Pascal et Fermat, à propos d'un problème posé par un joueur : comment partager équitablement les mises si une partie est interrompue ? La question paraît futile, elle est fondatrice. Huygens en tire le premier traité en 1657, Jacques Bernoulli la loi des grands nombres en 1713, Bayes son théorème publié à titre posthume en 1763. Le dénombrement, lui, est bien plus ancien : les coefficients binomiaux apparaissent chez les mathématiciens indiens dès le X siècle, et chez Al-Karaji au XI.
Pourquoi définir une probabilité comme une application additive de masse totale , plutôt que comme une fréquence observée ? Parce qu'une fréquence n'est définie qu'après l'expérience, et qu'elle varie d'une série à l'autre. L'axiomatique — masse , additivité sur les événements incompatibles — est ce qui permet de CALCULER avant d'observer. La loi des grands nombres établira ensuite le lien avec les fréquences, mais elle est un théorème, pas une définition.
Images Mentales & Modèles d'Intuition (3)
Compter, c'est apparier : pour savoir combien il y a de moutons, un berger compte les pattes et divise par quatre.
Ce qu'elle capture :
L'image suppose que chaque objet est compté le MÊME nombre de fois. Si les redondances varient d'un objet à l'autre, la division est fausse et il faut passer par la formule du crible ou par le lemme de Burnside.
La formule du crible est un jeu de peinture : on peint chaque ensemble, les zones communes reçoivent plusieurs couches, et l'on corrige en retirant les doubles, puis en remettant les triples.
Ce qu'elle capture :
L'image ne dit pas POURQUOI l'alternance s'arrête exactement au bon endroit. La raison est arithmétique : un élément appartenant à exactement ensembles est compté fois, somme qui vaut exactement par le binôme.
Conditionner, c'est rétrécir l'univers : on jette tous les cas incompatibles avec l'information reçue, et l'on renormalise ce qui reste.
Ce qu'elle capture :
L'image ne prévient pas de l'asymétrie : et n'ont aucune raison d'être proches. Confondre les deux est l'erreur du procureur, responsable d'erreurs judiciaires réelles, et c'est exactement ce que corrige la formule de Bayes.
Les Pièges Conceptuels Classiques
Correction :
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Glossaire des Notations Mathématiques
k parmi n
nombre de parties à $k$ éléments ; nul si $k<0$ ou $k>n$
probabilité de A sachant B
probabilité recalculée dans l'univers rétréci $B$ ; NON symétrique en $A$ et $B$
cardinal de A
nombre d'éléments ; se calcule par bijection vers un ensemble de référence