Entraînement au CFA Level I : méthodes quantitatives et obligations : pack de révision

Formulaires, étapes clés de la méthode pour chaque thème et 20 exercices, avec les corrigés complets à la fin.

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1Formules et méthodes

Valeur temps de l'argent

Valeur future
FV = PV·(1 + i)n
Valeur actuelle
PV = FV/(1 + i)n
Plusieurs périodes par an
i = r/m, N = m·n
Annuités, valeur actuelle
PV = PMT·[1 − (1 + i)−n]/i
Annuités, valeur future
FV = PMT·[(1 + i)n − 1]/i

Méthode

  1. Tracez un axe du temps avec chaque flux de trésorerie et sa date.
  2. Faites correspondre le taux à la période : un taux mensuel pour des versements mensuels.
  3. Utilisez FV = PV·(1 + i)ⁿ pour les montants uniques et les formules d’annuités pour les versements constants.
  4. Vérifiez le signe et l’ordre de grandeur de la réponse.

VAN et TRI

Valeur actuelle nette
NPV = −C0 + Σ CFt/(1 + r)t
Flux égaux
NPV = −C0 + CF·[1 − (1 + r)−n]/r
Taux de rendement interne
le r pour lequel NPV = 0
Décision
accepter si NPV > 0 (ou IRR > rendement exigé)

Méthode

  1. Listez tous les flux de trésorerie avec leur année ; l’investissement de l’année 0 est négatif.
  2. Actualisez chaque flux : CFt/(1 + r)t.
  3. Additionnez-les pour obtenir la VAN. Une valeur positive signifie que le projet rapporte plus que r.
  4. Pour le TRI, trouvez le taux qui annule la VAN, par tâtonnement ou par interpolation.

Prix et rendement des obligations

Prix de l’obligation
P = C·(1 − (1 + y)−n)/y + F/(1 + y)n
Coupons semestriels
C/2, y/2 et 2n périodes
Rendement courant
C/P
Prix et rendement
rendement en hausse → prix en baisse

Méthode

  1. Trouvez le coupon par période et le rendement par période.
  2. Prix = valeur actuelle des coupons (une annuité) + valeur actuelle de la valeur nominale.
  3. Pour des coupons semestriels, prenez la moitié du coupon, la moitié du rendement et deux fois plus de périodes.
  4. Vérification : si le rendement est supérieur au taux du coupon, le prix est inférieur à la valeur nominale.

CAPM et WACC

CAPM
re = rf + β·(rm − rf)
WACC
E/V·re + D/V·rd·(1 − T)
Valeur de l’entreprise
V = E + D

Statistique descriptive

Moyenne
x̄ = Σx/n
Écart-type d’échantillon
s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
Médiane
valeur du milieu des données triées
Score z
z = (x − μ)/σ
Loi normale
68% dans ±1σ, 95% dans ±2σ

Probabilités

Complémentaire
P(not A) = 1 − P(A)
Formule d’addition
P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
Événements indépendants
P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
Probabilité conditionnelle
P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
Loi binomiale
P(X = k) = C(n,k)·pk(1 − p)n−k

Loi normale

Score z
z = (x − μ)/σ
En dessous de x
P(X < x) = Φ(z)
Au-dessus de x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Entre deux valeurs
Φ(z2) − Φ(z1)
Centile
x = μ + z·σ

Méthode

  1. Convertissez la valeur en score z : z = (x − μ)/σ.
  2. Lisez Φ(z), l’aire à gauche de z.
  3. Pour l’aire à droite, utilisez 1 − Φ(z) ; pour un intervalle, soustrayez les deux aires à gauche.
  4. Pour un centile, procédez à l’envers : trouvez z pour l’aire, puis x = μ + z·σ.

Intervalles de confiance

σ connu
x̄ ± z·σ/√n
σ inconnu
x̄ ± t·s/√n, df = n − 1
z critique
90%: 1,645, 95%: 1,96, 99%: 2,576
Taille d’échantillon
n = (z·σ/E)², rounded up

Méthode

  1. Choisissez entre z (σ de la population connu) et t (seulement l’écart type s de l’échantillon, avec n − 1 degrés de liberté).
  2. Trouvez la valeur critique pour le niveau de confiance.
  3. Marge d’erreur : E = valeur critique × écart type/√n.
  4. Intervalle : x̄ ± E.

Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Test z pour une moyenne
z = (x̄ − μ0)/(σ/√n)
Test t pour une moyenne
t = (x̄ − μ0)/(s/√n), df = n − 1
Bilatéral à 5%
rejeter H0 si |z| > 1,96
Intervalle de confiance
x̄ ± z·σ/√n

Méthode

  1. Énoncez H₀ et H₁ et déterminez si le test est unilatéral ou bilatéral.
  2. Calculez la statistique de test : (x̄ − μ₀)/(σ/√n), ou avec s et t.
  3. Comparez avec la valeur critique ou trouvez la valeur p.
  4. Rejetez H₀ si la statistique dépasse la valeur critique (p inférieure à α), et énoncez la conclusion en mots.

Régression linéaire et corrélation

Sommes des carrés
Sxx = Σ(x − x̄)² = Σx² − (Σx)²/n, Sxy = Σxy − ΣxΣy/n
Pente
b = Sxy/Sxx
Ordonnée à l’origine
a = ȳ − b·x̄
Corrélation
r = Sxy/√(SxxSyy)
Résidu
e = y − ŷ

2Exercices

1.Valeur temps de l'argentMoyen
ans0123PV = ?€20 000

Tu as besoin de €20 000 dans 3 ans. Un compte rapporte 4 % par an, capitalisés mensuellement. Combien dois-tu déposer aujourd'hui ? Calcule la valeur actuelle PV.

FV = €20 0004% / 12n = 3
PV = €
2.Valeur temps de l'argentDifficile
mois0123…72€25 000AAAA6% / 12, I = ?

Un prêt de €25 000 est remboursé par mensualités constantes sur 6 ans à 6 % par an, capitalisé mensuellement. Quel montant total d’intérêts I est payé sur toute la durée du prêt ?

P = €25 0006% / 12N = 72
I = €
3.VAN et TRIMoyen
ans0123−30 00012 00010 00011 000

Un investissement de €30 000 donne ces flux à la fin des années 1 à 3 : €12 000, €10 000, €11 000. Le coût du capital est de 9 %. Calcule la valeur actuelle nette NPV.

r = 9%CF0 = −30 000CF1 = 12 000CF2 = 10 000CF3 = 11 000
NPV = €
4.VAN et TRIDifficile
ans0123−20 00013 0009 50010 000

Un projet coûte €20 000 et rapporte €13 000, €9 500, €10 000 à la fin des années 1 à 3. Calcule son taux de rendement interne IRR en pourcentage.

CF0 = −20 000CF1 = 13 000CF2 = 9 500CF3 = 10 000
IRR = %
5.Prix et rendement des obligationsMoyen

Vous achetez une obligation à 3 ans de l’échéance (valeur nominale €1 000, coupon annuel 6%) quand son taux de rendement actuariel est de 3%. Un an plus tard, juste après avoir perçu le premier coupon, vous la revendez quand le taux de rendement actuariel est de 3,5%. Trouvez votre rendement sur la période de détention HPR en pourcentage.

F = €1 000coupon = 6%n = 3y0 = 3%y1 = 3,5%
HPR = %
6.Prix et rendement des obligationsDifficile
ans0123456€1 100€70€70 + €1 000

Une obligation de valeur nominale €1 000 avec un coupon annuel de 7% arrive à échéance dans 6 ans et se vend €1 100. Trouvez son taux de rendement actuariel YTM en pourcentage.

F = €1 000coupon = 7%n = 6P = €1 100
YTM = %
7.CAPM et WACCMoyen
WACC = ?capitaux propres€2 000 000re​ = 10%dette€2 000 000rd​ = 7%T = 25,8%

Une entreprise a des capitaux propres de €2 000 000 et une dette de €2 000 000. Son coût des capitaux propres est de 10%, son coût de la dette avant impôt de 7% et le taux d’imposition de 25,8%. Trouvez le WACC.

E = €2 000 000D = €2 000 000re = 10%rd = 7%T = 25,8%
WACC = %
8.CAPM et WACCDifficile
WACC = ?capitaux propres1 000 000 × €52,00β = 1,8rf​ = 3%, rm​ = 8,5%dette10 000 × €960rd​ = 4%T = 21%

Une entreprise a 1 000 000 actions à €52,00 chacune et 10 000 obligations cotées €960 chacune. Le coût de la dette avant impôt est de 4% et le taux d’imposition de 21%. Le bêta de l’action est de 1,8, le taux sans risque de 3% et la rentabilité du marché de 8,5%. Trouvez le WACC.

β = 1,8rf = 3%rm = 8,5%rd = 4%T = 21%
WACC = %
9.Statistique descriptiveMoyen
20253035404550

Trouve l'écart-type d'échantillon s des données : 53, 30, 34, 48, 31, 16, 20.

n = 7
s =
10.Statistique descriptiveDifficile
z −2−1012

Une grandeur suit une loi normale de moyenne 100 et d'écart-type 15. Quelle proportion P des valeurs est supérieure à 92,5 ?

μ = 100σ = 15x = 92,5
P =
11.ProbabilitésMoyen
xp(x)100,3200,2300,35400,15μ = 23,5

Pour la loi indiquée, trouvez la variance Var(X) de X.

x: 10, 20, 30, 40p(x): 0,3, 0,2, 0,35, 0,15
Var(X) =
12.ProbabilitésDifficile
n = 7, p = 0,7: P(X = 3) = ?k01234567

Un test comporte 7 QCM. Une étudiante qui répond au hasard a chaque réponse juste avec une probabilité 0,7, indépendamment. Quelle est la probabilité P d'avoir exactement 3 bonnes réponses ?

n = 7p = 0,7k = 3
P =
13.Loi normaleMoyen
440508P = ?

On suppose que les durées de vie des piles suivent une loi normale de moyenne 500 h et d’écart-type 40 h. Quelle proportion se situe entre 440 et 508 h ? Donnez P sous forme décimale.

μ = 500σ = 40x1 = 440x2 = 508
P =
14.Loi normaleDifficile
μ = 178x = ?10%

On suppose que les tailles des hommes adultes suivent une loi normale de moyenne 178 cm et d’écart-type 7 cm. Trouvez la valeur x en dessous de laquelle se situent 10 % des valeurs (le 10e centile).

μ = 178σ = 7P = 10%
x = cm
15.Intervalles de confianceMoyen
n = 30, s = 16,5L = ?Ux̄ = 38E90%

Un échantillon de 30 éléments a une moyenne de 38 et un écart-type s = 16,5. La population est approximativement normale. Trouvez la borne inférieure de l’intervalle de confiance à 90 % pour la moyenne.

n = 30x̄ = 38s = 16,590%t(29) = 1,699
borne inférieure =
16.Intervalles de confianceDifficile
n = 21σ = ?Us = 2,695%

Les diamètres de 21 arbres usinés ont un écart-type d’échantillon de 2,6 µm. En supposant les diamètres normalement distribués, trouvez la borne inférieure σ de l’intervalle de confiance à 95 % pour l’écart-type de la population. Avec df = 20, 2,5 % de la loi du χ² se trouve en dessous de 9,591 et 2,5 % au-dessus de 34,17.

n = 21s = 2,6 µmχ² = 9,591, 34,17
σ = µm
17.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceMoyen
−2,1792,179t = ?df = 12

On compare deux méthodes d’enseignement. Groupe 1 : 6 étudiants, note moyenne 53, écart-type 11. Groupe 2 : 8 étudiants, note moyenne 65,6, écart-type 2. Supposez les variances des populations égales et utilisez le test t à deux échantillons avec variance commune. Trouvez la statistique de test t pour H₀ : μ₁ = μ₂, en prenant la différence x̄₁ − x̄₂ (groupe 1 moins groupe 2).

n₁ = 6x̄₁ = 53s₁ = 11n₂ = 8x̄₂ = 65,6s₂ = 2
t =
18.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceDifficile
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 4α = 0,05βσ = 16, puissance 95%, n = ?

Un test z unilatéral au seuil α = 0,05 doit détecter un décalage de la moyenne de 4 unités avec une puissance de 95 %. L’écart-type vaut 16. Trouvez la taille d’échantillon minimale n.

α = 0,05puissance = 95%δ = 4σ = 16zα = 1,645zβ = 1,645
n =
19.Régression linéaire et corrélationMoyen
xy294126138191023xy510101520

Le tableau donne 5 observations appariées de x = charge en kN et y = allongement en mm. Leurs sommes sont données. Trouvez le coefficient de corrélation de Pearson r à partir de ces sommes.

n = 5Σx = 30Σy = 76Σx² = 220Σy² = 1284Σxy = 526
r =
20.Régression linéaire et corrélationDifficile
xy250358463571675781xy24650607080x = 2,5

Le tableau donne 6 observations appariées de x = dépenses publicitaires en k€ et y = ventes en k€. Utilisez la droite des moindres carrés ŷ = a + b·x. On fait une nouvelle observation (2,5, 57). Trouvez son résidu e = y − ŷ.

n = 6(2,5, 57)
e =

3Solutions

1.Valeur temps de l'argent

Réponse: PV = 17742 €

Valeur temps de l'argent : l'argent d'aujourd'hui vaut plus que la même somme plus tard, car il peut rapporter des intérêts. Avec un taux i par période, un montant croît en FV = PV·(1 + i)n. Une suite de paiements égaux (une annuité) s'évalue en additionnant chaque paiement, ce qui donne les formules d'annuités.

Taux et nombre de périodes

i = 0,04/12 = 0,003333
N = 12·3 = 36

Valeur actuelle

PV = FV/(1 + i)N = 20 000/1,127 = €17 741,95

Réponse

PV = €17 741,95
2.Valeur temps de l'argent

Réponse: I = 4831 €

Valeur temps de l'argent : l'argent d'aujourd'hui vaut plus que la même somme plus tard, car il peut rapporter des intérêts. Avec un taux i par période, un montant croît en FV = PV·(1 + i)n. Une suite de paiements égaux (une annuité) s'évalue en additionnant chaque paiement, ce qui donne les formules d'annuités.

Mensualité

i = 0,005, N = 72
A = 25 000·0,005/(1 − (1 + 0,005)−72) = €414,32

Total des intérêts

I = N·A − P = 72·414,3 − 25 000 = €4 831,20

Réponse

I = €4 831,20
3.VAN et TRI

Réponse: NPV = −2080 €

Valeur actuelle nette : actualise chaque flux de trésorerie à aujourd'hui avec le taux de rendement exigé r, puis additionne : NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. Un projet avec NPV > 0 rapporte plus que r et crée de la valeur. Le taux de rendement interne (TRI) est le taux pour lequel NPV = 0.

Valeur actuelle de chaque flux

CF0 = −30 000
CF1/(1 + 0,09)1 = 12 000/1,09 = 11 009,17
CF2/(1 + 0,09)2 = 10 000/1,188 = 8 416,80
CF3/(1 + 0,09)3 = 11 000/1,295 = 8 494,02

Additionner

NPV = €−2 080,01

Réponse

NPV = €−2 080,01

La VAN est négative : le projet rapporte moins que le rendement exigé.

4.VAN et TRI

Réponse: IRR = 30,65 %

Valeur actuelle nette : actualise chaque flux de trésorerie à aujourd'hui avec le taux de rendement exigé r, puis additionne : NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. Un projet avec NPV > 0 rapporte plus que r et crée de la valeur. Le taux de rendement interne (TRI) est le taux pour lequel NPV = 0.

Encadrer le TRI

La VAN baisse quand le taux augmente, donc le TRI se trouve entre un taux à VAN positive et un taux à VAN négative.

NPV(30%) = 172,96
NPV(35%) = −1 093,33

Resserrer

L'interpolation linéaire donne une première estimation ; la répéter (ou utiliser la fonction TRI d'une calculatrice) donne le taux exact.

IRR ≈ 30 + 5·172,96/(172,96 − (−1 093,33)) = 30,68%
exact: NPV(30,65%) = 0 → IRR = 30,65%

Réponse

IRR = 30,65%
5.Prix et rendement des obligations

Réponse: HPR = 2,086 %

Prix d’une obligation : le prix d’une obligation est la valeur actuelle de ses flux, actualisés au taux de rendement actuariel (YTM) : les coupons forment une annuité et la valeur nominale est remboursée à l’échéance. P = C·(1 − (1 + y)⁻ⁿ)/y + F/(1 + y)ⁿ. Quand le rendement est supérieur au taux du coupon, l’obligation cote en dessous du pair, et inversement.

Prix d’achat

C = €60,00, i = 0,03, N = 3
€60,00·(1 − 0,9151)/0,03 + €1 000·0,9151 = €169,72 + €915,14 = €1 084,86

Prix de vente

C = €60,00, i = 0,035, N = 2
€60,00·(1 − 0,9335)/0,035 + €1 000·0,9335 = €113,98 + €933,51 = €1 047,49

Rendement sur la période de détention

HPR = (60 + 1 047,49 − 1 084,86)/1 084,86 = 2,086%

Réponse

HPR = 2,086%
6.Prix et rendement des obligations

Réponse: YTM = 5,028 %

Prix d’une obligation : le prix d’une obligation est la valeur actuelle de ses flux, actualisés au taux de rendement actuariel (YTM) : les coupons forment une annuité et la valeur nominale est remboursée à l’échéance. P = C·(1 − (1 + y)⁻ⁿ)/y + F/(1 + y)ⁿ. Quand le rendement est supérieur au taux du coupon, l’obligation cote en dessous du pair, et inversement.

Équation du rendement

€1 100 = €70·(1 − (1 + y)⁻⁶)/y + €1 000/(1 + y)⁶

Résoudre numériquement

P(5%) = €1 101,51, P(6%) = €1 049,17
YTM = 5,028%

Réponse

YTM = 5,028%
7.CAPM et WACC

Réponse: WACC = 7,597 %

Coût du capital : le CAPM (MEDAF) donne la rentabilité exigée par les actionnaires : re = rf + β·(rm − rf). Le coût moyen pondéré du capital combine capitaux propres et dette selon leurs valeurs de marché : WACC = E/V·re + D/V·rd·(1 − T), avec V = E + D. Les intérêts sont fiscalement déductibles, d’où le facteur (1 − T).

Pondérations

V = €4 000 000, E/V = 0,5, D/V = 0,5

WACC

WACC = 0,5·10% + 0,5·7%·(1 − 0,258) = 7,597%

Réponse

WACC = 7,597%
8.CAPM et WACC

Réponse: WACC = 11,38 %

Coût du capital : le CAPM (MEDAF) donne la rentabilité exigée par les actionnaires : re = rf + β·(rm − rf). Le coût moyen pondéré du capital combine capitaux propres et dette selon leurs valeurs de marché : WACC = E/V·re + D/V·rd·(1 − T), avec V = E + D. Les intérêts sont fiscalement déductibles, d’où le facteur (1 − T).

Valeurs de marché

E = 1 000 000·€52,00 = €52 000 000
D = 10 000·€960 = €9 600 000

Coût des capitaux propres (CAPM)

re = 3% + 1,8·5,5% = 12,9%

Pondérations

V = €61 600 000, E/V = 0,8442, D/V = 0,1558

WACC

WACC = 0,8442·12,9% + 0,1558·4%·(1 − 0,21) = 11,38%

Réponse

WACC = 11,38%
9.Statistique descriptive

Réponse: s = 13,52

Statistique descriptive : la moyenne est la somme divisée par n ; la médiane est la valeur du milieu des données triées (la moyenne des deux valeurs du milieu si n est pair). L'écart-type d'échantillon est s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Un score z = (x − μ)/σ indique à combien d'écarts-types une valeur se trouve de la moyenne.

Moyenne

x̄ = 232/7 = 33,14

Écarts au carré

Σ(x − x̄)² = 19,86² + (−3,143)² + 0,8571² + 14,86² + (−2,143)² + (−17,14)² + (−13,14)² = 1097

Écart-type

s = √(1097/6) = 13,52

Réponse

s = 13,52
10.Statistique descriptive

Réponse: P = 0,6915

Statistique descriptive : la moyenne est la somme divisée par n ; la médiane est la valeur du milieu des données triées (la moyenne des deux valeurs du milieu si n est pair). L'écart-type d'échantillon est s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Un score z = (x − μ)/σ indique à combien d'écarts-types une valeur se trouve de la moyenne.

Centrer-réduire

z = −0,5

Table de la loi normale

Φ(−0,5) = 0,3085
P = 1 − 0,3085 = 0,6915

Réponse

P = 0,6915
11.Probabilités

Réponse: Var(X) = 112,8

Variables aléatoires discrètes : une loi de probabilité énumère chaque valeur x que peut prendre la variable avec sa probabilité p(x) ; les probabilités sont comprises entre 0 et 1 et leur somme vaut 1. L’espérance (moyenne) est E(X) = Σx·p(x), la moyenne à long terme. La variance est Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ², et l’écart-type σ = √Var(X). Pour un changement linéaire Y = aX + b : E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) et σY = |a|·σX ; ajouter une constante ne change pas la dispersion.

Moyenne

μ = 10·0,3 + 20·0,2 + 30·0,35 + 40·0,15 = 23,5

Moyenne des carrés

E(X²) = 100·0,3 + 400·0,2 + 900·0,35 + 1600·0,15 = 665

Variance

Var(X) = 665 − 23,5² = 112,8

Réponse

Var(X) = 112,8
12.Probabilités

Réponse: P = 0,09724

Probabilités : avec des issues équiprobables, P(A) = cas favorables/cas possibles. Pour des événements indépendants, on multiplie : P(A et B) = P(A)·P(B). Le complémentaire aide souvent : P(au moins un) = 1 − P(aucun). Loi binomiale : pour n épreuves indépendantes de probabilité de succès p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.

Formule binomiale

P(X = 3) = 35·0,73·0,34 = 35·0,343·0,0081 = 0,09724

Réponse

P = 0,09724
13.Loi normale

Réponse: P = 0,5125

Loi normale : transformez une valeur x en score z, z = (x − μ)/σ, qui compte le nombre d’écarts-types par rapport à la moyenne. Une table de z (ou Φ(z)) donne l’aire à gauche de z, c’est-à-dire P(X < x). L’aire à droite vaut 1 − Φ(z), et l’aire entre deux valeurs est la différence de leurs deux aires.

Scores z

z₁ = (440 − 500)/40 = −1,5
z₂ = (508 − 500)/40 = 0,2

Aire entre les deux valeurs

P = Φ(0,2) − Φ(−1,5) = 0,5793 − 0,06681 = 0,5125

Réponse

P = 0,5125
14.Loi normale

Réponse: x = 169 cm

Loi normale : transformez une valeur x en score z, z = (x − μ)/σ, qui compte le nombre d’écarts-types par rapport à la moyenne. Une table de z (ou Φ(z)) donne l’aire à gauche de z, c’est-à-dire P(X < x). L’aire à droite vaut 1 − Φ(z), et l’aire entre deux valeurs est la différence de leurs deux aires.

z du centile

Φ(z) = 0,1 → z = −1,282

Retour à x

x = 178 + −1,282·7 = 169,03 cm

Réponse

x = 169,03 cm
15.Intervalles de confiance

Réponse: borne inférieure = 32,88

Intervalle de confiance pour une moyenne : x̄ ± marge d’erreur. Si l’écart-type σ de la population est connu, la marge vaut z·σ/√n ; si l’on ne dispose que de l’écart-type de l’échantillon s, utilisez t à n − 1 degrés de liberté : t·s/√n. Valeurs critiques : z = 1,645 (90 %), 1,96 (95 %), 2,576 (99 %). Pour obtenir une marge E ou moins, il faut n ≥ (z·σ/E)², arrondi à l’entier supérieur.

Valeur critique

df = n − 1 = 29, t = 1,699

Marge d'erreur

E = 1,699·16,5/√30 = 5,118

Intervalle

38 ± 5,118 → [32,88, 43,12]

Réponse

borne inférieure = 32,88
16.Intervalles de confiance

Réponse: σ = 1,989 µm

Intervalle pour une variance : (n − 1)s²/σ² suit une loi du χ² à n − 1 degrés de liberté. L’intervalle à 95 % pour σ² va de (n − 1)s² divisé par la valeur supérieure du χ² (2,5 % au-dessus) à (n − 1)s² divisé par la valeur inférieure du χ² (2,5 % en dessous) ; l’intervalle pour σ est la racine carrée des deux bornes. Il n’est pas symétrique autour de s.

Somme des carrés

(n − 1)s² = 20·2,6² = 135,2

Bornes pour σ²

135,2/34,17 = 3,957
135,2/9,591 = 14,1

Borne pour σ

σ = √3,957 = 1,989 µm

Réponse

σ = 1,989 µm

Intervalle à 95 % pour σ : [1,989, 3,755] µm.

17.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: t = −3,212

Hypothesis test: the test statistic = (estimate − value under H₀)/(standard error under H₀). The p-value is the probability, assuming H₀ is true, of a statistic at least as extreme as the one observed: the area in one tail for a one-sided H₁, twice the tail area for a two-sided H₁. Reject H₀ when p ≤ α.

Variance commune

sp² = (5·11² + 7·2²)/12 = 52,75
sp = 7,263

Erreur type

SE = 7,263·√(1/6 + 1/8) = 3,922

Statistique de test

t = (53 − 65,6)/3,922 = −3,212

Réponse

t = −3,212

Avec df = 12, la valeur critique bilatérale à 5 % vaut 2,179 ; |t| est plus grand, donc H₀ est rejetée.

18.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: n = 174

Taille d’échantillon pour un test : pour détecter un vrai décalage δ avec une puissance 1 − β dans un test z unilatéral au seuil α, l’erreur type doit vérifier δ = (z_α + z_β)·σ/√n, donc n = ((z_α + z_β)·σ/δ)², arrondi à l’entier supérieur.

Résoudre pour n

n = ((1,645 + 1,645)·16/4)² = 173,2

Arrondir vers le haut

n = 174

Réponse

n = 174
19.Régression linéaire et corrélation

Réponse: r = 0,9752

Régression par les moindres carrés : avec x̄ et ȳ les moyennes, Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² et Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ), la droite ŷ = a + b·x a pour pente b = Sxy/Sxx et pour ordonnée à l’origine a = ȳ − b·x̄ ; elle passe donc toujours par (x̄, ȳ). Le coefficient de corrélation de Pearson r = Sxy/√(Sxx·Syy) est compris entre −1 et 1 ; r² est la part de la variation de y expliquée par la droite.

Sommes centrées

Sxy = 526 − 30·76/5 = 70
Sxx = 220 − 30²/5 = 40
Syy = 1284 − 76²/5 = 128,8

Coefficient de corrélation

r = 70/√(40·128,8) = 0,9752

Réponse

r = 0,9752
20.Régression linéaire et corrélation

Réponse: e = 2,895

Régression par les moindres carrés : avec x̄ et ȳ les moyennes, Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² et Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ), la droite ŷ = a + b·x a pour pente b = Sxy/Sxx et pour ordonnée à l’origine a = ȳ − b·x̄ ; elle passe donc toujours par (x̄, ȳ). Le coefficient de corrélation de Pearson r = Sxy/√(Sxx·Syy) est compris entre −1 et 1 ; r² est la part de la variation de y expliquée par la droite.

Moyennes

x̄ = 27/6 = 4,5
ȳ = 398/6 = 66,33

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 107

Droite de régression

b = 107/17,5 = 6,114
a = 66,33 − 6,114·4,5 = 38,82
ŷ = 38,82 + 6,114·x

Valeur prédite

ŷ = 38,82 + 6,114·2,5 = 54,1

Résidu

e = 57 − 54,1 = 2,895

Réponse

e = 2,895

Le point se trouve au-dessus de la droite.

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