OffresSe connecter

Exercice corrigé : Un robot aspirateur dans quatre pièces

Étudier un graphe non orienté et sa matrice d'adjacenceCompter des chaînes de longueur 2 et 3Modéliser une chaîne de Markov à deux états et étudier sa convergence

Un appartement comporte quatre pièces $A$, $B$, $C$, $D$. Des portes relient $A$ et $B$, $A$ et $C$, $B$ et $C$, $B$ et $D$, $C$ et $D$. On modélise la situation par un graphe non orienté $G$ dont les sommets sont les pièces et les arêtes les portes.

Partie A

  1. Donner le degré de chaque sommet et le nombre d'arêtes de $G$. Le graphe est-il complet ? connexe ?
  2. Écrire la matrice d'adjacence $M$ de $G$ (sommets dans l'ordre $A$, $B$, $C$, $D$) et calculer $M^2$.
  3. On admet que $$M^3=\begin{pmatrix} 2 & 5 & 5 & 2 \\ 5 & 4 & 5 & 5 \\ 5 & 5 & 4 & 5 \\ 2 & 5 & 5 & 2 \end{pmatrix}.$$ Combien existe-t-il de chaînes de longueur $3$ de $A$ à $D$ ? Les écrire. Combien de chaînes fermées de longueur $3$ partent de $B$ ? Les écrire.

Partie B

Un robot aspirateur part de la pièce $A$ à l'instant $0$. Chaque minute, il franchit une des portes de la pièce où il se trouve, choisie au hasard de façon équiprobable. On s'intéresse seulement au type de pièce occupée : état $1$ si le robot est en $A$ ou en $D$, état $2$ s'il est en $B$ ou en $C$. On note $X_n$ l'état à la minute $n$ et on admet que $(X_n)$ est une chaîne de Markov. On pose $p_n=P(X_n=1)$.

  1. Justifier que la matrice de transition est $P=\begin{pmatrix} 0 & 1 \\ \frac{2}{3} & \frac{1}{3} \end{pmatrix}$.
  2. Montrer que, pour tout $n\in\mathbb{N}$, $p_{n+1}=-\dfrac{2}{3}p_n+\dfrac{2}{3}$.
  3. En déduire que, pour tout $n\in\mathbb{N}$, $p_n=\dfrac{2}{5}+\dfrac{3}{5}\left(-\dfrac{2}{3}\right)^n$. Calculer $p_3$.
  4. Déterminer la limite de $(p_n)$. Vérifier que $\pi=\begin{pmatrix} \frac{2}{5} & \frac{3}{5} \end{pmatrix}$ est une distribution invariante de la chaîne.
  5. Comparer $\frac{2}{5}$ au quotient de la somme des degrés de $A$ et $D$ par la somme de tous les degrés.

Le cours associé

Graphes et matrices

Notions à revoir

Exercices similaires