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L’histoire: nn personnes apportent chacune un cadeau à une fête, et chacun tire au sort un cadeau dans le tas formé par tous les présents apportés. Quelle est la probabilité qu’au moins une personne reparte avec son cadeau? Que devient cette probabilité quand le nombre de personnes devient très grand, i.e.: n→∞n\rightarrow \infty? (On remarquera que l’intuition met en évidence deux effets contradictoires: plus de personnes c’est plus de proba qu’une personne ait son cadeau car... il y a plus de personnes, mais c’est aussi plus de cadeaux, donc une proportion plus élevée de cadeaux “acceptables”).

Soit Sn=σ({1,…,n})S_n = \sigma (\left\{ 1, \ldots, n\right\}). On dit que σ∈Sn\sigma \in S_n est un dérangement si ∀i∈{1,…,n}  σ(i)≠i\forall i \in \left\{ 1, \ldots, n\right\} \, \, \sigma (i) \neq i. On note Ai={σ∈Sn/σ(i)=i}A_i = \left\{ \sigma \in S_n / \sigma (i) = i\right\} et DnD_n l’ensemble des dérangements.

1

Calculer Card(Ai)\mathrm{Card} (A_i).

2

Exprimer Sn−DnS_n - D_n en fonction des AiA_i.

3

En déduire Card(Dn)\mathrm{Card} (D_n) (on pourra utiliser l’exercice [ex105]).

4

Déterminer la limite de CardDnCardSn\dfrac{\mathrm{Card}{D_n}}{\mathrm{Card}{S_n}}. (on rappelle que lim⁡n→+∞(1+x+…+xnn!)=ex\lim\limits_{n \rightarrow + \infty} (1 + x + \ldots + \frac{x^n}{n ! }) = e^x).

Exercice HoG9

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