Exercices : Les k-listes (ou k-uplets)

Entraînez-vous sur les k-listes avec ces exercices de niveau Terminale Spécialité Maths.

Les k-listes (ou k-uplets)

Révisions et approfondissement sur la notion de k-listes en dénombrement.

Revoyons ensemble les points essentiels sur Les k-listes (ou k-uplets) avant de démarrer les exercices. Ces rappels sont vos fondations pour réussir !

1. Définition d'une k-liste (ou k-uplet)

Une k-liste, aussi appelée k-uplet, d'un ensemble $E$ est une suite ordonnée de $k$ éléments choisis dans $E$.

Points clés à retenir :

- Ordre : L'ordre des éléments dans la liste est important. Par exemple, (1, 2) est différent de (2, 1).

- Répétition : La répétition des éléments est autorisée. On peut choisir le même élément plusieurs fois dans une k-liste.

2. Nombre de k-listes possibles

Si l'ensemble $E$ contient $n$ éléments, alors le nombre total de k-listes possibles que l'on peut former avec les éléments de $E$ est donné par la formule :

$$N_{k-listes} = n^k$$

Cette formule est fondamentale pour résoudre les problèmes de dénombrement impliquant des k-listes.

3. Principe Fondamental du Dénombrement

Le nombre de k-listes se comprend grâce au Principe Fondamental du Dénombrement (PFD), aussi appelé principe multiplicatif.

Pour former une k-liste, on a :

- $n$ choix pour le 1er élément

- $n$ choix pour le 2ème élément

- ...

- $n$ choix pour le k-ème élément

En multipliant le nombre de choix pour chaque position, on obtient le nombre total de k-listes : $$n \times n \times ... \times n = n^k$$.

4. Importance de l'ordre et de la répétition

Il est crucial de bien distinguer les k-listes des autres notions de dénombrement comme les arrangements et les combinaisons :

- K-listes : Ordre important, répétition autorisée.

- Arrangements : Ordre important, répétition non autorisée.

- Combinaisons : Ordre non important, répétition non autorisée (souvent).

Pour identifier si un problème relève des k-listes, posez-vous les questions : l'ordre compte-t-il ? Puis-je utiliser plusieurs fois le même élément ? Si oui, il s'agit probablement de k-listes.

5. Exemples d'applications

Les k-listes sont utilisées dans de nombreux contextes :

- Numéros de téléphone : Suites de chiffres où l'ordre et la répétition sont importants.

- Mots de passe : Suites de caractères alphanumériques où l'ordre et la répétition sont cruciaux.

- Codes binaires : Suites de 0 et de 1, utilisées en informatique.

- Résultats de lancers de dés ou de pièces : Suites de résultats ordonnés.

- Adresses email simplifiées, codes produits, séquences ADN, codes postaux simplifiés, réponses à un QCM, codes couleurs, codes d'accès...

Dans tous ces exemples, l'ordre des éléments est essentiel et la répétition est généralement possible, ce qui justifie l'utilisation du concept de k-listes.

C'est noté ? 💪 Maintenant, place aux exercices ! Bonne chance !

Exercice 1 - Numéros de téléphone simplifiés

On forme des numéros de téléphone à 4 chiffres en utilisant les chiffres de 0 à 9.

1. Combien de numéros différents peut-on former ?

2. Combien de ces numéros commencent par un chiffre impair ?

3. Combien de ces numéros contiennent au moins un chiffre 7 ?

Exercice 2 - Lancers de dé

On lance un dé à 6 faces 3 fois de suite. On note la séquence des résultats obtenus.

1. Combien de séquences de résultats différentes peut-on obtenir ?

2. Combien de séquences ont toutes les faces différentes ?

3. Combien de séquences ont au moins un résultat égal à 6 ?

Exercice 3 - Codes binaires

On forme des codes binaires de longueur 5 (suites de 5 chiffres 0 ou 1).

1. Combien de codes binaires différents peut-on former ?

2. Combien de codes binaires contiennent exactement deux '1' ?

3. Combien de codes binaires commencent par '10' ?

Exercice 4 - Mot de passe alphanumérique

Un mot de passe est composé de 6 caractères. Chaque caractère peut être une lettre de l'alphabet (26 options) ou un chiffre (10 options).

1. Combien de mots de passe différents peut-on former ?

2. Combien de mots de passe contiennent uniquement des lettres ?

3. Combien de mots de passe contiennent au moins un chiffre ?

Exercice 5 - Adresse email

Une adresse email simplifiée est de la forme `nom@domaine.fr`, où `nom` est une suite de 3 caractères alphanumériques (lettres ou chiffres) et `domaine` est une suite de 2 caractères alphabétiques (lettres uniquement).

1. Combien d'adresses email différentes peut-on former ?

2. Combien d'adresses email ont un 'nom' qui commence par un chiffre ?

3. Combien d'adresses email ont un 'domaine' contenant uniquement des voyelles (a, e, i, o, u, y) ?

Exercice 6 - Codes de produits

Un code de produit est formé de 4 caractères : une lettre (parmi 20 possibles) suivie de 3 chiffres (parmi 8 possibles : 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8).

1. Combien de codes de produits différents peut-on former ?

2. Combien de codes de produits commencent par une des 5 premières lettres possibles ?

3. Combien de codes de produits ont leurs trois chiffres choisis parmi les chiffres pairs disponibles (parmi les 8 chiffres possibles : 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, les chiffres pairs sont 2, 4, 6, 8) ?

Exercice 7 - Séquences ADN

Une séquence d'ADN est formée d'une suite de nucléotides. Il y a 4 types de nucléotides : Adénine (A), Guanine (G), Cytosine (C), Thymine (T). On considère des séquences d'ADN de longueur 7.

1. Combien de séquences d'ADN de longueur 7 différentes peut-on former ?

2. Combien de séquences d'ADN de longueur 7 commencent par 'A' et se terminent par 'T' ?

3. Combien de séquences d'ADN de longueur 7 contiennent uniquement les nucléotides 'A' et 'G' ?

Exercice 8 - Codes postaux simplifiés

On considère des codes postaux simplifiés de 3 chiffres, utilisant les chiffres de 1 à 5 uniquement.

1. Combien de codes postaux différents peut-on former ?

2. Combien de codes postaux contiennent uniquement des chiffres impairs (parmi 1, 2, 3, 4, 5) ?

3. Combien de codes postaux contiennent au moins un chiffre 2 ?

Exercice 9 - Résultats d'un QCM

Un QCM comporte 5 questions. Pour chaque question, il y a 4 réponses possibles (A, B, C, D). Un étudiant répond à toutes les questions.

1. Combien de grilles de réponses différentes sont possibles ?

2. Combien de grilles de réponses contiennent uniquement la réponse 'A' ou 'B' ?

3. Combien de grilles de réponses contiennent au moins une réponse 'C' ?

Exercice 10 - Codes de couleurs simplifiés

On forme des codes de couleurs simplifiés de 2 caractères. Le premier caractère est une lettre parmi {R, V, B} (Rouge, Vert, Bleu), et le second caractère est un chiffre parmi {1, 2, 3, 4}.

1. Combien de codes de couleurs différents peut-on former ?

2. Combien de codes de couleurs commencent par la lettre 'V' ?

3. Combien de codes de couleurs se terminent par un chiffre pair (parmi 1, 2, 3, 4) ?

Exercice 11 - Séquences de pièces de monnaie

On lance une pièce de monnaie 4 fois de suite. On note la séquence des résultats (Pile ou Face).

1. Combien de séquences de résultats différentes peut-on obtenir ?

2. Combien de séquences contiennent exactement 2 'Pile' ?

3. Combien de séquences contiennent au plus 1 'Face' ?

Exercice 12 - Codes d'accès simplifiés

Un code d'accès est formé de 3 symboles. Chaque symbole peut être un chiffre (0-9) ou une lettre (A-F).

1. Combien de codes d'accès différents peut-on former ?

2. Combien de codes d'accès contiennent uniquement des chiffres ?

3. Combien de codes d'accès contiennent au moins une lettre ?

Exercice 13 - Emplacements de parking

Dans un parking, il y a 8 emplacements disponibles. On veut garer 3 voitures différentes. On considère l'emplacement des voitures comme important (ordre compte).

1. Combien de façons différentes peut-on garer les 3 voitures ?

2. Combien de façons de garer les voitures si les 3 premières places doivent rester vides ?

3. Combien de façons de garer les voitures si la première voiture doit être garée sur l'emplacement numéro 1 ?

Exercice 14 - Composition de menus

Un restaurant propose un menu avec 3 choix d'entrées, 4 choix de plats principaux, et 2 choix de desserts.

1. Combien de menus différents peut-on composer ?

2. Si on décide de ne pas prendre de dessert, combien de menus différents peut-on composer ?

3. Si l'on veut une entrée végétarienne (parmi les 3 entrées, supposons qu'une est végétarienne), combien de menus différents avec entrée végétarienne peut-on composer ?

Exercice 15 - Parcours dans une grille

Dans une grille 2x3 (2 lignes, 3 colonnes), on part du coin supérieur gauche et on veut atteindre le coin inférieur droit en se déplaçant uniquement vers la droite (D) ou vers le bas (B). Un parcours est une séquence de mouvements (par exemple, DDBB).

1. Combien de parcours différents sont possibles ?

2. Combien de parcours commencent par 'D' ?

3. Combien de parcours contiennent exactement 2 mouvements 'B' ?