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Exercice corrigé : Pⁿ explicite pour une machine qui tombe en panne

Calculer avec des matrices vérifiant des relations algébriquesDémontrer une formule de Pⁿ par récurrenceÉtudier la convergence d'une chaîne à deux états et résoudre une inéquation

Chaque jour, une machine est soit en marche (état $1$), soit en panne (état $2$). Si elle fonctionne un jour, elle fonctionne le lendemain avec probabilité $0{,}9$. Si elle est en panne un jour, elle est réparée et fonctionne le lendemain avec probabilité $0{,}3$. On admet que l'état de la machine forme une chaîne de Markov de matrice de transition $P$.

  1. Écrire $P$.
  2. On pose $Q=\dfrac{1}{4}\begin{pmatrix} 3 & 1 \\ 3 & 1 \end{pmatrix}$ et $R=\dfrac{1}{4}\begin{pmatrix} 1 & -1 \\ -3 & 3 \end{pmatrix}$. Vérifier que $Q+R=I_2$ et $P=Q+0{,}6R$. Calculer $Q^2$, $R^2$, $QR$ et $RQ$.
  3. Démontrer que, pour tout $n\in\mathbb{N}$, $P^n=Q+0{,}6^nR$.
  4. Déterminer la limite de $P^n$. En déduire que, quelle que soit la distribution initiale $\pi_0$, $(\pi_n)$ converge vers une distribution $\pi$ que l'on précisera, et vérifier que $\pi$ est invariante.
  5. La machine est en panne le jour $0$. On note $q_n$ la probabilité qu'elle fonctionne le jour $n$. Exprimer $q_n$ en fonction de $n$, puis déterminer le plus petit entier $n$ tel que $q_n\geqslant 0{,}7$.

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Graphes et matrices

Notions à revoir

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