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

Une étude transversale compare au même moment l'usage des technologies chez des personnes de 20, 40 et 60 ans. Quel problème peut confondre la comparaison des âges ?

  1. ALes effets de cohorte
  2. BLes effets plancher
  3. CLes effets d'ordre
  4. DLes effets d'entraînement
2.Méthodes de recherche en psychologieDifficile

Dans les études de Milgram sur l'obéissance, les participants croyaient administrer de vrais chocs électriques. Quel problème éthique est soulevé le plus directement, et comment a-t-il été en partie traité ?

  1. AL'absence de groupe contrôle, traitée par la répartition aléatoire des participants entre les conditions
  2. BLe recours à des enfants, traité par le consentement parental
  3. CLa tromperie et une détresse potentielle, traitées par un débriefing approfondi
  4. DLe manque de confidentialité, traité en publiant les noms
3.Statistique descriptiveMoyen
15202530354045505560

Trouve l'écart-type d'échantillon s des données : 29, 60, 54, 54, 12, 45.

n = 6
s =
4.Statistique descriptiveDifficile
z −2−1012

Une grandeur suit une loi normale de moyenne 100 et d'écart-type 5. Quelle proportion P des valeurs est inférieure à 110 ?

μ = 100σ = 5x = 110
P =
5.ProbabilitésMoyen
xp(x)00,0510,320,0530,340,3μ = 2,5

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

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0,05, 0,3, 0,05, 0,3, 0,3
Var(X) =
6.ProbabilitésDifficile
n = 11, p = 0,7: P(X = 3) = ?k01234567891011

Un test comporte 11 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 = 11p = 0,7k = 3
P =
7.Loi normaleMoyen
−3−2−10123zaire colorée à droite de z = 0,9726

Faites glisser z pour que l’aire colorée sous la courbe normale centrée réduite, à droite de z, soit 0,9726. Trouvez z avec deux décimales.

A = 0,9726
z =
8.Loi normaleDifficile
0,03 mm0D − d?

Les diamètres D des alésages sont normaux de moyenne 25,03 mm et d’écart-type 0,015 mm. Les diamètres d des arbres sont indépendants et normaux de moyenne 25 mm et d’écart-type 0,02 mm. Un arbre choisi au hasard s’ajuste lorsque D − d > 0. Trouvez la probabilité P qu’il s’ajuste. Arrondissez z à deux décimales.

alésage: μ = 25,03 mm, σ = 0,015 mmarbre: μ = 25 mm, σ = 0,02 mm
P =
9.Intervalles de confianceMoyen
n = 7, s = 17,5L = ?Ux̄ = 16,5E99%

Un échantillon de 7 éléments a une moyenne de 16,5 et un écart-type s = 17,5. La population est approximativement normale. Trouvez la borne inférieure de l’intervalle de confiance à 99 % pour la moyenne.

n = 7x̄ = 16,5s = 17,599%t(6) = 3,707
borne inférieure =
10.Intervalles de confianceDifficile
p = 0,5, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0,02599%

On ne sait rien à l’avance sur la proportion de produits défectueux. Combien de produits n faut-il contrôler pour qu’un intervalle de confiance à 99 % pour la proportion ait une marge d’erreur d’au plus 0,025 ?

p = 0,5E = 0,02599%
n =
11.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceMoyen
t −1,98401,984

Un échantillon de 100 étudiants a une note moyenne de 100,6 et un écart-type d'échantillon de 8. Calcule la statistique de test t pour H₀ : μ = 100.

μ₀ = 100x̄ = 100,6s = 8n = 100
t =
12.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceDifficile
σ = 12, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 399%

Quelle taille doit avoir un échantillon pour que l'intervalle de confiance à 99 % d'une moyenne ait une marge d'erreur d'au plus 3 ? L'écart-type est 12. Trouve la plus petite taille d'échantillon n.

σ = 12E = 399%
n =
13.Régression linéaire et corrélationMoyen
xy1810021130241442715530178xy202530100150

Le tableau donne 5 observations appariées de x = température en °C et y = glaces vendues. Trouvez le coefficient de corrélation de Pearson r.

n = 5
r =
14.Régression linéaire et corrélationDifficile
xy16381853205122572462xy20405060ŷ = 55

Le tableau donne 5 observations appariées de x = température en °C et y = glaces vendues. Utilisez la droite des moindres carrés ŷ = a + b·x. Pour quelle valeur x la droite prédit-elle ŷ = 55 ?

n = 5ŷ = 55
x =
15.Tests du khi-deuxMoyen
ouinonTotalhommes5149100femmes7921100Total13070200

Le tableau de contingence indique les effectifs observés. Calculez la statistique du khi-deux χ² du test d’indépendance entre la variable en ligne et la variable en colonne. N’utilisez pas de correction de continuité.

N = 2002 × 2
χ² =
16.Tests du khi-deuxDifficile

Un test d’ajustement du khi-deux compare les effectifs observés dans 3 catégories à des proportions attendues entièrement spécifiées (aucun paramètre n’est estimé à partir des données). Combien de degrés de liberté df le test a-t-il ?

k = 3
df =

3Solutions

1.Méthodes de recherche en psychologie

Réponse: A · Les effets de cohorte

Pourquoi c'est la réponse

Les différents groupes d'âge ont été élevés dans des conditions historiques différentes ; les différences peuvent donc refléter la génération (cohorte) plutôt que le vieillissement lui-même.

Réponse

A · Les effets de cohorte
2.Méthodes de recherche en psychologie

Réponse: C · La tromperie et une détresse potentielle, traitées par un débriefing approfondi

Pourquoi c'est la réponse

Les participants ont été trompés sur les chocs et beaucoup ont manifesté un stress important. Milgram a débriefé les participants, qui ont rencontré l'« élève » ; un suivi a montré que la plupart étaient contents d'avoir participé, mais l'éthique de ces études reste débattue.

Réponse

C · La tromperie et une détresse potentielle, traitées par un débriefing approfondi
3.Statistique descriptive

Réponse: s = 18,38

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 = 254/6 = 42,33

Écarts au carré

Σ(x − x̄)² = (−13,33)² + 17,67² + 11,67² + 11,67² + (−30,33)² + 2,667² = 1689

Écart-type

s = √(1689/5) = 18,38

Réponse

s = 18,38
4.Statistique descriptive

Réponse: P = 0,9772

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 = 2

Table de la loi normale

Φ(2) = 0,9772
P = 0,9772

Réponse

P = 0,9772
5.Probabilités

Réponse: Var(X) = 1,75

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 = 0·0,05 + 1·0,3 + 2·0,05 + 3·0,3 + 4·0,3 = 2,5

Moyenne des carrés

E(X²) = 0·0,05 + 1·0,3 + 4·0,05 + 9·0,3 + 16·0,3 = 8

Variance

Var(X) = 8 − 2,5² = 1,75

Réponse

Var(X) = 1,75
6.Probabilités

Réponse: P = 0,003713

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) = 165·0,73·0,38 = 165·0,343·6,561 × 10⁻⁵ = 0,003713

Réponse

P = 0,003713
7.Loi normale

Réponse: z = −1,92

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 − 0,9726 = 0,0274

Lire la table de z à l’envers

Trouvez 0,0274 dans la table et lisez z.

z = −1,92

Réponse

z = −1,92
8.Loi normale

Réponse: P = 0,8849

Sommes et différences de variables normales : si X et Y sont indépendantes et normales, X + Y et X − Y sont aussi normales. Les moyennes s’additionnent ou se soustraient : E(X ± Y) = μX ± μY. Les variances s’additionnent toujours, même pour une différence : Var(X ± Y) = σX² + σY², donc σ = √(σX² + σY²). Les écarts-types ne s’additionnent jamais directement. Le total de n éléments indépendants de même loi a pour moyenne n·μ et pour écart-type σ·√n. Centrez et réduisez ensuite comme d’habitude : z = (x − moyenne)/σ et lisez Φ(z).

Loi de la différence

μ = 25,03 − 25 = 0,03 mm, σ = 0,025 mm

Centrer-réduire

z = (0 − 0,03)/0,025 = −1,2

Probabilités

P = 1 − Φ(−1,2) = 0,8849

Réponse

P = 0,8849
9.Intervalles de confiance

Réponse: borne inférieure = −8,02

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 = 6, t = 3,707

Marge d'erreur

E = 3,707·17,5/√7 = 24,52

Intervalle

16,5 ± 24,52 → [−8,02, 41,02]

Réponse

borne inférieure = −8,02
10.Intervalles de confiance

Réponse: n = 2655

Confidence interval for a proportion: p̂ ± z·√(p̂(1 − p̂)/n), where p̂ = x/n. To reach a margin E you need n ≥ z²·p(1 − p)/E², rounded up; without a prior estimate use p = 0,5, which gives the largest n.

Résoudre pour n

n = 2,576²·0,5·0,5/0,025² = 2654

Arrondir vers le haut

n = 2655

Réponse

n = 2655
11.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: t = 0,75

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 = 8/√100 = 8/10 = 0,8

Statistique de test

t = (100,6 − 100)/0,8 = 0,75

Réponse

t = 0,75
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: n = 107

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).

Résoudre pour n

n = (2,576·12/3)² = 106,2

Arrondir vers le haut

n = 107

Réponse

n = 107
13.Régression linéaire et corrélation

Réponse: r = 0,9852

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 = 120/5 = 24
ȳ = 707/5 = 141,4

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 90
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 543
Syy = Σ(y − ȳ)² = 3375

Coefficient de corrélation

r = 543/√(90·3375) = 0,9852

Réponse

r = 0,9852
14.Régression linéaire et corrélation

Réponse: x = 21,08

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 = 100/5 = 20
ȳ = 261/5 = 52,2

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 104

Droite de régression

b = 104/40 = 2,6
a = 52,2 − 2,6·20 = 0,2
ŷ = 0,2 + 2,6·x

Résoudre pour x

x = (55 − 0,2)/2,6 = 21,08

Réponse

x = 21,08
15.Tests du khi-deux

Réponse: χ² = 17,23

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.

Effectifs attendus

hommes: 100·130/200 = 65, 100·70/200 = 35
femmes: 100·130/200 = 65, 100·70/200 = 35

Statistique du khi-deux

χ² = (51 − 65)²/65 + (49 − 35)²/35 + (79 − 65)²/65 + (21 − 35)²/35
χ² = 17,23

Réponse

χ² = 17,23

df = 1. Pour α = 0,05, la valeur critique vaut 3,841 ; H₀ (indépendance) est donc rejetée.

16.Tests du khi-deux

Réponse: df = 2

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 = 3 − 1 = 2

Réponse

df = 2

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