2 étoiles filantes en même temps

Bonjour,
Grande question existentielle du jour:

Sachant qu'il tombe environ 150 étoiles filantes par heure pendant les perséïdes (fin juillet début août),
Quelle est la probabilité que deux d'entre elles tombent dans la même seconde?

Merci beaucoup si vous pouvez m'aider, ça me chiffonne beaucoup.

Réponses

  • Bonjour,

    Si elles tombent uniformément on a $150/3600$ probabilité d’en voir une dans une seconde (en supposant qu’on les voit seulement pendant une durée d’une seconde au plus). Pour en voir deux on passe au carré.
  • Merci pour la réponse.
    Donc pour qu'on voit deux étoiles filantes en même temps, ça fait
    1 chance sur 576, c'est ça ?
  • Attention :

    La probabilité d'en voir deux dans la même seconde dépend fortement du temps d'observation. Le calcul n'est pas le même si on veut savoir la probabilité d'en voir deux à moins d'une seconde d'intervalle pendant une nuit ou si on veut la probabilité d'en voir deux dans une seconde prise au hasard dans une nuit. la première est proche de 1, la deuxième de 0.

    Cordialement.
  • Oula, oui, gerard0 a raison. Si la question est : tirons nbheuresx150 points au hasard (uniformément et indépendamment) dans [0,nbheuresx3600], quelle est la probabilité pour qu'il y en ait deux au moins qui soient à distance 1, alors il faut que je réfléchisse un peu :-D
  • En fait, on ne pourrait pas dire qu'une modélisation plus réaliste est un processus de Poisson d'intensité 150/3600 ?
  • Bon, alors, supposons que les instants où il y a une étoile filante sont modélisés par un processus de Poisson d'intensité $\lambda := \frac{150}{3600}$, c'est-à-dire, d'après ce que je crois avoir compris d'Internet, qu'on considère une famille $(X_n)_{n \in \mathbb{N}}$ de variables indépendantes, identiquement distribuées de loi exponentielle de paramètre $\lambda$, et on pose que l'instant de survenue de la $n$-ème étoile filante est $Y_n := \sum^n_{i=1} X_i$.

    On se pose la question suivante : soit $t \in \mathbb{R}^*_+$ et $\epsilon>0$. Que vaut $\mathbb{P}[\min \{ Y_n - Y_{n-1} \ \vert \ n \in \mathbb{N}^* \text{ tel que } Y_n \leq t\} < \epsilon]$ ?

    Je ne sais pas encore répondre à cette question. Par contre, on peut répondre à la question suivante : soit $N \in \mathbb{N}^*$ et $\epsilon>0$. Que vaut $\mathbb{P}[\min \{Y_n - Y_{n-1} \ \vert \ n \in \mathbb{N}^* \cap [0,N]\}< \epsilon]$ ?

    En effet, $Y_n - Y_{n-1} = X_n$ qui est exponentielle de paramètre $\lambda$, et $\min_{n \in \{1,\cdots,N\}} X_n$ est une variable exponentielle de paramètre $N\lambda$ (car les $X_n$ sont indépendantes).

    Ainsi, $\mathbb{P}[\min \{Y_n - Y_{n-1} \ \vert \ n \in \mathbb{N}^* \cap [0,N]\}< \epsilon] = 1 - e^{-N\lambda \epsilon}$. Quelqu'un sait comment continuer ?
  • Bonjour Georges.

    Je ne sais pas continuer ton calcul. Par contre, voici une estimation : 150 par heure en moyenne, sur 6 h de nuit (on est en juillet/août), ça fait 900 étoiles filantes. Avec ta modélisation, on cherche la probabilité que le minimum des $X_n$ pour n variant de 1 à 900 soit inférieur à 1s. Or on connaît la loi de l'inf d'une suite de variables aléatoires iid de loi connues :
    $1-P(\inf(X_n)<t)=P(\inf(X_n)\ge t) =P(\bigcap\limits_{k=1..n} X_k\ge t)=\left( P(X_1\ge t)\right)^n $
    D'où $P(\inf(X_n)<t)=1-\left( 1-P(X_1< t)\right)^n $
    Avec la loi exponentielle de paramètre 150/3600, pour n=900, Maple me donne
    $P(X_1<t) = 1-exp(-\frac 1 {24}) \approx 0,0408$
    $P(\inf(X_n)<t)\approx 0,.999999999999999948$ Soit une quasi certitude.

    Pour un temps d'observation plus raisonnable, disons une heure environ, soit à peu près 150 étoiles filantes, on obtient environ 0,998, ce qui montre que lors des pluies d'étoiles filantes, il est normal d'en voir 2 "en même temps".

    La situation est comparable à celle du paradoxe des anniversaires (on pourrait modéliser en répartissant aléatoirement les 150 étoiles dans les 3600 secondes disponibles).

    Cordialement.
  • Ben l'autre jour, lors de mon observation, le minimum d'écart entre deux étoiles filantes, c'était plutôt cinq secondes (le max, j'en parle pas, il fallait être patient).
  • Merci pour ces réponses!

    Du coup si le regard est juste fortuit, qu'il n'y a pas eu d'observation du ciel? Ou disons seulement 3 secondes d'observation, quel résultat obtient-on?

    Deuxième question: si ces deux étoiles filantes arrivent à deux points opposés de l'hémisphère, et donc pas observables par une seule personne, mais que donc deux personnes différentes ont vu ces deux étoiles filantes en même temps, (sur 3 secondes d'observation), est-ce que ça change le résultat?
    (Il s'agit d'une situation vécue!)
  • "Si le regard est fortuit", eh bien...

    Tu connais le paradoxe des anniversaires ? Quel est ton niveau de maths ?
  • Si le regard est fortuit, c'est seulement une coïncidence; ça ne relève pas des probabilités.

    Pour ta deuxième question, il faut savoir que les pluies d'étoiles filantes donnent des étoiles filantes semblant provenir du même endroit (les perséides, pour le 12 août), simplement on les voit plus ou moins tardivement. mais il est difficile d'observer le ciel entier, et on en rate pas mal (ce qui peut expliquer la mesure de Georges). Le calcul que j'ai fait ne parle évidemment pas d'observation (on n'a pas modélisé l'observateur), mais d'observabilité. Bien évidemment, quand il fait jour, on n'en voit aucune alors qu'il y en a tout autant !
  • Et du coup sur une durée d'observation de 3 secondes?

    (J'ai complètement oublié tout ce que j'ai étudié en maths il y a de longues années...:)
  • Bonjour,

    Si les 150 étoiles défilent sur une période $T$ en seconde, tu multiplies par $3/T$ pour trouver la probabilité qu’elle passe dans ce laps de temps. Et le carré pour la seconde…
  • @ajor : Ben, le paradoxe des anniversaires illustre le fait que la façon de poser le problème change beaucoup la réponse.

    Dans une classe de trente élèves :

    1) Il y a une probabilité assez haute (plus de $0,5$, je sais plus exactement) pour que deux élèves aient la même date d'anniversaire.
    2) Si on choisit une personne parmi cette classe, la probabilité pour qu'une autre personne de la classe ait le même anniversaire est très faible;
    3) Si on choisit un jour de l'année, la probabilité pour que deux personnes de la classe aient leur anniversaire ce jour-là est très faible.

    Il n'y a rien de paradoxal, bien sûr, même si c'est surprenant quand on voit ça pour la première fois.

    Bref, pour tes étoiles filantes, il y a plein de problèmes qui auront des réponses très différentes :

    a) si on regarde toute la nuit (et si on suppose que notre champ de vision couvre tout le ciel) ;
    b) si on regarde à un instant fixé, pendant trois secondes ;
    c) si on choisit un instant au hasard, et qu'on attend la prochaine étoile filante, puis qu'on arrête de regarder dix secondes après ;
    d), e), f), etc.

    Il te faut bien réfléchir à la question qui t'intéresse.

    Enfin, le mot "probabilité" est piégeux : les étoiles filantes nous arrivent de façon déterministe, pas aléatoire (enfin, c'est un débat) ; même si, dans la discussion précédente, la question est bien claire, la "probabilité que deux étoiles filantes tombent en même temps" n'est pas vraiment définie. Il faut choisir une modélisation mathématique, qui est volontairement fausse, mais, qu'on espère "pas trop fausse" et travailler dessus... Voilà, c'est compliqué.
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