Méthodologie de la recherche et statistiques en psychologie : pack de révision

Formulaires, étapes clés de la méthode pour chaque thème et 16 exercices, avec les corrigés complets à la fin.

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1Formules et méthodes

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

Tests du khi-deux

Statistique de test
χ² = Σ(O − E)²/E
Ajustement
E = n·p, df = k − 1 − (estimated parameters)
Indépendance
E = row total × column total / grand total, df = (r − 1)(c − 1)
Valeurs critiques (α = 0,05)
df 1: 3,841, 2: 5,991, 3: 7,815, 4: 9,488
Décision
rejeter H0 si χ² > χ²crit

2Exercices

1.Méthodes de recherche en psychologieMoyen

L'erreur type de la moyenne diminue lorsque :

  1. ALa variable est mesurée à un niveau ordinal
  2. BLa taille de l'échantillon augmente
  3. CLa taille de l'échantillon diminue
  4. DLa moyenne augmente
2.Méthodes de recherche en psychologieDifficile

Un chercheur constate que les ventes de glaces et les décès par noyade sont positivement corrélés. Quelle explication est la plus plausible ?

  1. ALa corrélation doit être une erreur de calcul
  2. BLes noyades augmentent les ventes de glaces
  3. CLa chaleur augmente à la fois les ventes de glaces et la baignade
  4. DLes glaces provoquent des noyades
3.Statistique descriptiveMoyen
25303540455055

Trouve l'écart-type d'échantillon s des données : 29, 35, 37, 59, 23.

n = 5
s =
4.Statistique descriptiveDifficile
z −2−1012

Une grandeur suit une loi normale de moyenne 70 et d'écart-type 8. Quelle proportion P des valeurs est inférieure à 82 ?

μ = 70σ = 8x = 82
P =
5.ProbabilitésMoyen
n = 14k = 3N = ?

De combien de façons N peut-on choisir un comité de 3 personnes parmi un groupe de 14 ? L'ordre ne compte pas.

n = 14k = 3
N =
6.ProbabilitésDifficile
n = 9, p = 0,3: P(X = 3) = ?k0123456789

Un test comporte 9 QCM. Une étudiante qui répond au hasard a chaque réponse juste avec une probabilité 0,3, indépendamment. Quelle est la probabilité P d'avoir exactement 3 bonnes réponses ?

n = 9p = 0,3k = 3
P =
7.Loi normaleMoyen
−3−2−10123zaire colorée entre −z et z = 0,9146

Faites glisser z pour que l’aire colorée entre −z et z sous la courbe normale centrée réduite soit 0,9146. Trouvez z avec deux décimales.

A = 0,9146
z =
8.Loi normaleDifficile
μ = 100x = ?75%

On suppose que les scores de QI suivent une loi normale de moyenne 100 points et d’écart-type 15 points. Trouvez la valeur x en dessous de laquelle se situent 75 % des valeurs (le 75e centile).

μ = 100σ = 15P = 75%
x = points
9.Intervalles de confianceMoyen
n = 9, sd​ = 60LU = ?d̄ = −1,3E90%

On mesure la tension artérielle de 9 patients avant et après un traitement. Les différences d = avant − après (mmHg) ont une moyenne de −1,3 et un écart-type de 6. Trouvez la borne supérieure de l’intervalle de confiance à 90 % pour la différence moyenne.

n = 9d̄ = −1,3sd = 690%t(8) = 1,86
borne supérieure = mmHg
10.Intervalles de confianceDifficile
n = 11Lσ = ?s = 8,195%

Les diamètres de 11 arbres usinés ont un écart-type d’échantillon de 8,1 µm. En supposant les diamètres normalement distribués, trouvez la borne supérieure σ de l’intervalle de confiance à 95 % pour l’écart-type de la population. Avec df = 10, 2,5 % de la loi du χ² se trouve en dessous de 3,247 et 2,5 % au-dessus de 20,483.

n = 11s = 8,1 µmχ² = 3,247, 20,483
σ = µm
11.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceMoyen
t −1,98401,984

Un échantillon de 100 étudiants a une note moyenne de 500,4 et un écart-type d'échantillon de 5. Calcule la statistique de test t pour H₀ : μ = 500.

μ₀ = 500x̄ = 500,4s = 5n = 100
t =
12.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceDifficile
−1,961,96z = ?

Dans un essai, 32 patients sur 80 sous traitement A guérissent, et 36 sur 80 sous traitement B. En utilisant la proportion commune, trouvez la statistique de test z pour H₀ : p₁ = p₂.

x₁ = 32n₁ = 80x₂ = 36n₂ = 80
z =
13.Régression linéaire et corrélationMoyen
xy127225327424523xy242426

Le tableau donne 5 observations appariées de x = âge de la voiture en années et y = prix en k€. Trouvez le coefficient de corrélation de Pearson r.

n = 5
r =
14.Régression linéaire et corrélationDifficile
xy128228326421522618xy2462025x = 2,5

Le tableau donne 6 observations appariées de x = âge de la voiture en années et y = prix en k€. Utilisez la droite des moindres carrés ŷ = a + b·x. On fait une nouvelle observation (2,5, 28). Trouvez son résidu e = y − ŷ.

n = 6(2,5, 28)
e =
15.Tests du khi-deuxMoyen
faiblemoyenélevéTotalurbain26381377rural449962Total704722139

Le tableau de contingence indique les effectifs observés. Pour un test d’indépendance du khi-deux, trouvez l’effectif attendu E de la case « rural, moyen ».

total de la ligne = 62total de la colonne = 47N = 139
E =
16.Tests du khi-deuxDifficile

Un test d’ajustement du khi-deux vérifie si les effectifs de 9 catégories suivent une loi de Poisson dont la moyenne est estimée à partir des mêmes données. Combien de degrés de liberté df le test a-t-il ?

k = 9
df =

3Solutions

1.Méthodes de recherche en psychologie

Réponse: B · La taille de l'échantillon augmente

Pourquoi c'est la réponse

L'erreur type estime dans quelle mesure les moyennes d'échantillons varient autour de la moyenne de la population. Des échantillons plus grands donnent des estimations plus précises.

Réponse

B · La taille de l'échantillon augmente
2.Méthodes de recherche en psychologie

Réponse: C · La chaleur augmente à la fois les ventes de glaces et la baignade

Pourquoi c'est la réponse

Une troisième variable, la température, cause les deux. Cela illustre pourquoi une corrélation seule ne peut pas démontrer une causalité.

Réponse

C · La chaleur augmente à la fois les ventes de glaces et la baignade
3.Statistique descriptive

Réponse: s = 13,67

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 = 183/5 = 36,6

Écarts au carré

Σ(x − x̄)² = (−7,6)² + (−1,6)² + 0,4² + 22,4² + (−13,6)² = 747,2

Écart-type

s = √(747,2/4) = 13,67

Réponse

s = 13,67
4.Statistique descriptive

Réponse: P = 0,9332

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 = 1,5

Table de la loi normale

Φ(1,5) = 0,9332
P = 0,9332

Réponse

P = 0,9332
5.Probabilités

Réponse: N = 364

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.

Combinaisons

C(14, 3) = (14·13·12)/(3·2·1) = 364

Réponse

N = 364
6.Probabilités

Réponse: P = 0,2668

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) = 84·0,33·0,76 = 84·0,027·0,1176 = 0,2668

Réponse

P = 0,2668
7.Loi normale

Réponse: z = 1,72

D’une aire à z : Φ(z) est l’aire à gauche de z. Pour une aire A de la queue gauche, trouvez dans la table le z tel que Φ(z) = A. Une aire A de la queue droite signifie Φ(z) = 1 − A. Une aire centrale A entre −z et z laisse (1 − A)/2 dans chaque queue, donc Φ(z) = (1 + A)/2. Pour une valeur x, utilisez x = μ + zσ.

Aire à gauche de z

Φ(z) = (1 + 0,9146)/2 = 0,9573

Lire la table de z à l’envers

Trouvez 0,9573 dans la table et lisez z.

z = 1,72

Réponse

z = 1,72
8.Loi normale

Réponse: x = 110,1 points

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) = 0,75 → z = 0,6745

Retour à x

x = 100 + 0,6745·15 = 110,12 points

Réponse

x = 110,12 points
9.Intervalles de confiance

Réponse: borne supérieure = 2,42 mmHg

Interval for a difference: estimate ± critical value × standard error. For two independent means with known σ: SE = √(σ₁²/n₁ + σ₂²/n₂) and z. With equal unknown variances: pooled s_p and t with n₁ + n₂ − 2 degrees of freedom. For paired data, work with the differences: d̄ ± t·s_d/√n.

Valeur critique

df = 8, t = 1,86

Marge d'erreur

E = 1,86·6/√9 = 3,72

Intervalle

−1,3 ± 3,72 → [−5,02, 2,42]

Réponse

borne supérieure = 2,42 mmHg
10.Intervalles de confiance

Réponse: σ = 14,21 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 = 10·8,1² = 656,1

Bornes pour σ²

656,1/20,483 = 32,03
656,1/3,247 = 202,1

Borne pour σ

σ = √202,1 = 14,21 µm

Réponse

σ = 14,21 µm

Intervalle à 95 % pour σ : [5,66, 14,21] µm.

11.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: t = 0,8

Test sur une moyenne : la statistique de test mesure à combien d'erreurs types la moyenne de l'échantillon se trouve de la valeur affirmée dans H₀ : z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) quand σ est connu, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) quand il est estimé sur l'échantillon. Un intervalle de confiance vaut x̄ ± (valeur critique)·(erreur type).

Erreur type

SE = 5/√100 = 5/10 = 0,5

Statistique de test

t = (500,4 − 500)/0,5 = 0,8

Réponse

t = 0,8
t0,025; df = 99 = 1,984

|t| < 1.984, donc H₀ n’est pas rejetée au seuil de 5 % (bilatéral).

12.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: z = −0,6397

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.

Proportions des échantillons

p̂₁ = 32/80 = 0,4
p̂₂ = 36/80 = 0,45
p̂ = 68/160 = 0,425

Erreur type sous H₀

SE = √(0,425·0,575·(1/80 + 1/80)) = 0,07816

Statistique de test

z = (0,4 − 0,45)/0,07816 = −0,6397

Réponse

z = −0,6397

|z| < 1,96, donc H₀ n’est pas rejetée au seuil de 5 % (bilatéral).

13.Régression linéaire et corrélation

Réponse: r = −0,7955

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 = 15/5 = 3
ȳ = 126/5 = 25,2

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −9
Syy = Σ(y − ȳ)² = 12,8

Coefficient de corrélation

r = −9/√(10·12,8) = −0,7955

Réponse

r = −0,7955
14.Régression linéaire et corrélation

Réponse: e = 2,081

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 = 21/6 = 3,5
ȳ = 143/6 = 23,83

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −36,5

Droite de régression

b = −36,5/17,5 = −2,086
a = 23,83 − (−2,086)·3,5 = 31,13
ŷ = 31,13 − 2,086·x

Valeur prédite

ŷ = 31,13 + (−2,086)·2,5 = 25,92

Résidu

e = 28 − 25,92 = 2,081

Réponse

e = 2,081

Le point se trouve au-dessus de la droite.

15.Tests du khi-deux

Réponse: E = 20,96

Tests du khi-deux : comparez les effectifs observés O aux effectifs E attendus sous H₀ avec χ² = Σ(O − E)²/E. Ajustement : E = n·p pour chaque catégorie, df = k − 1 (moins un de plus pour chaque paramètre estimé à partir des données). Indépendance dans un tableau r × c : E = total de la ligne × total de la colonne / total général, df = (r − 1)(c − 1). Rejetez H₀ lorsque χ² dépasse la valeur critique pour le α choisi.

Effectif attendu

E = 62·47/139 = 20,96

Réponse

E = 20,96
16.Tests du khi-deux

Réponse: df = 7

Tests du khi-deux : comparez les effectifs observés O aux effectifs E attendus sous H₀ avec χ² = Σ(O − E)²/E. Ajustement : E = n·p pour chaque catégorie, df = k − 1 (moins un de plus pour chaque paramètre estimé à partir des données). Indépendance dans un tableau r × c : E = total de la ligne × total de la colonne / total général, df = (r − 1)(c − 1). Rejetez H₀ lorsque χ² dépasse la valeur critique pour le α choisi.

Degrés de liberté

df = 9 − 1 − 1 = 7

Réponse

df = 7

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