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

Dans une analyse de contenu, la fidélité inter-juges se vérifie :

  1. AEn faisant coder le même matériel par deux chercheurs et en comparant les résultats
  2. BEn codant le matériel deux fois dans la même journée
  3. CEn utilisant un plus grand échantillon de matériel
  4. DEn demandant ensuite aux participants si le codage de leur matériel par le chercheur est correct
2.Méthodes de recherche en psychologieDifficile

Un chercheur utilise un questionnaire, des entretiens et une observation pour étudier le stress au travail, et les résultats concordent. Comment s'appelle cette approche ?

  1. ALa triangulation
  2. BLa réplication
  3. CLe contrebalancement
  4. DLa stratification
3.Statistique descriptiveMoyen
30354045

Trouve l'écart-type d'échantillon s des données : 33, 29, 38, 27, 47, 47, 48.

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

Une grandeur suit une loi normale de moyenne 60 et d'écart-type 12. Quelle proportion P des valeurs est supérieure à 75 ?

μ = 60σ = 12x = 75
P =
5.ProbabilitésMoyen
xp(x)00,310,2520,3530,1μ = 1,25

Pour la loi indiquée, trouvez l’écart-type σ de X.

x: 0, 1, 2, 3p(x): 0,3, 0,25, 0,35, 0,1
σ =
6.ProbabilitésDifficile
xp(x)00,310,120,330,1540,15μ

X a la loi indiquée, et Y = −2X + 1. Trouvez l’écart-type σY de Y.

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0,3, 0,1, 0,3, 0,15, 0,15Y = −2X + 1
σY =
7.Loi normaleMoyen
250 kg252,4 kgT = X₁ + … + X₁₀?

Les masses de sacs de ciment sont indépendantes et normales, de moyenne 25 kg et d’écart-type 0,5 kg. Trouvez la probabilité P que la masse totale de 10 d’entre eux soit inférieure à 252,4 kg. Arrondissez z à deux décimales.

μ = 25 kgσ = 0,5 kgn = 10< 252.4 kg
P =
8.Loi normaleDifficile
0,05 mm0D − d?

Les diamètres D des alésages sont normaux de moyenne 25,05 mm et d’écart-type 0,02 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 = 25,05 mm, σ = 0,02 mmarbre: μ = 25 mm, σ = 0,02 mm
P =
9.Intervalles de confianceMoyen
n = 25, s = 4,5LU = ?x̄ = 75,5E90%

Un échantillon de 25 éléments a une moyenne de 75,5 et un écart-type s = 4,5. La population est approximativement normale. Trouvez la borne supérieure de l’intervalle de confiance à 90 % pour la moyenne.

n = 25x̄ = 75,5s = 4,590%t(24) = 1,711
borne supérieure =
10.Intervalles de confianceDifficile
p = 0,5, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0,0595%

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 95 % pour la proportion ait une marge d’erreur d’au plus 0,05 ?

p = 0,5E = 0,0595%
n =
11.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceMoyen
t −1,98401,984

Un échantillon de 100 étudiants a une note moyenne de 99,1 et un écart-type d'échantillon de 10. Calcule la statistique de test t pour H₀ : μ = 100.

μ₀ = 100x̄ = 99,1s = 10n = 100
t =
12.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceDifficile
σ = 10, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 299%

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 2 ? L'écart-type est 10. Trouve la plus petite taille d'échantillon n.

σ = 10E = 299%
n =
13.Régression linéaire et corrélationMoyen
xy129223321419519xy24202530

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
xy251364463574675xy246506070ŷ = 74

Le tableau donne 5 observations appariées de x = heures de révision et y = note à l’examen. Utilisez la droite des moindres carrés ŷ = a + b·x. Pour quelle valeur x la droite prédit-elle ŷ = 74 ?

n = 5ŷ = 74
x =
15.Tests du khi-deuxMoyen
ouinonTotalhommes431760femmes552580Total9842140

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 = 1402 × 2
χ² =
16.Tests du khi-deuxDifficile
dfα = 0,05α = 0,0113,8416,63525,9919,21037,81511,34549,48813,277511,07015,086612,59216,812714,06718,475815,50720,090916,91921,6661018,30723,209

Un test d’ajustement du khi-deux compare les effectifs observés dans 8 catégories à des proportions attendues entièrement spécifiées (aucun paramètre n’est estimé à partir des données). À l’aide de la table, trouvez la valeur critique χ²crit au seuil de signification α = 0,01.

α = 0,01
χ²crit =

3Solutions

1.Méthodes de recherche en psychologie

Réponse: A · En faisant coder le même matériel par deux chercheurs et en comparant les résultats

Pourquoi c'est la réponse

Si des codeurs indépendants produisent des codes similaires pour les mêmes données (accord ou corrélation élevés), la grille de codage est fidèle.

Réponse

A · En faisant coder le même matériel par deux chercheurs et en comparant les résultats
2.Méthodes de recherche en psychologie

Réponse: A · La triangulation

Pourquoi c'est la réponse

La triangulation utilise plusieurs méthodes, sources ou chercheurs. Leur concordance augmente la confiance dans la validité des résultats.

Réponse

A · La triangulation
3.Statistique descriptive

Réponse: s = 9,016

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 = 269/7 = 38,43

Écarts au carré

Σ(x − x̄)² = (−5,429)² + (−9,429)² + (−0,4286)² + (−11,43)² + 8,571² + 8,571² + 9,571² = 487,7

Écart-type

s = √(487,7/6) = 9,016

Réponse

s = 9,016
4.Statistique descriptive

Réponse: P = 0,1056

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 = 1,25

Table de la loi normale

Φ(1,25) = 0,8944
P = 1 − 0,8944 = 0,1056

Réponse

P = 0,1056
5.Probabilités

Réponse: σ = 0,9937

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 = 0·0,3 + 1·0,25 + 2·0,35 + 3·0,1 = 1,25

Moyenne des carrés

E(X²) = 0·0,3 + 1·0,25 + 4·0,35 + 9·0,1 = 2,55

Variance

Var(X) = 2,55 − 1,25² = 0,9875
σ = √0,9875 = 0,9937

Réponse

σ = 0,9937
6.Probabilités

Réponse: σY = 2,82

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.

Dispersion de X

μ = 1,75, Var(X) = 1,987, σX = 1,41

Changement linéaire

σY = |−2|·1,41 = 2,82

Réponse

σY = 2,82

La moyenne, elle, se déplace : E(Y) = −2·1,75 + 1 = −2,5.

7.Loi normale

Réponse: P = 0,9357

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 du total

μT = 250 kg, σT = 0,5·√10 = 1,581 kg

Centrer-réduire

z = (252,4 − 250)/1,581 = 1,52

Probabilités

P = Φ(1,52) = 0,9357

Réponse

P = 0,9357
8.Loi normale

Réponse: P = 0,9616

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 = 25,05 − 25 = 0,05 mm, σ = 0,02828 mm

Centrer-réduire

z = (0 − 0,05)/0,02828 = −1,77

Probabilités

P = 1 − Φ(−1,77) = 0,9616

Réponse

P = 0,9616
9.Intervalles de confiance

Réponse: borne supérieure = 77,04

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 = 24, t = 1,711

Marge d'erreur

E = 1,711·4,5/√25 = 1,54

Intervalle

75,5 ± 1,54 → [73,96, 77,04]

Réponse

borne supérieure = 77,04
10.Intervalles de confiance

Réponse: n = 385

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 = 1,96²·0,5·0,5/0,05² = 384,2

Arrondir vers le haut

n = 385

Réponse

n = 385
11.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: t = −0,9

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 = 10/√100 = 10/10 = 1

Statistique de test

t = (99,1 − 100)/1 = −0,9

Réponse

t = −0,9
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 = 166

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 = (2,576·10/2)² = 165,9

Arrondir vers le haut

n = 166

Réponse

n = 166
13.Régression linéaire et corrélation

Réponse: r = −0,915

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 = 111/5 = 22,2

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −24
Syy = Σ(y − ȳ)² = 68,8

Coefficient de corrélation

r = −24/√(10·68,8) = −0,915

Réponse

r = −0,915
14.Régression linéaire et corrélation

Réponse: x = 5,483

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 = 20/5 = 4
ȳ = 327/5 = 65,4

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 58

Droite de régression

b = 58/10 = 5,8
a = 65,4 − 5,8·4 = 42,2
ŷ = 42,2 + 5,8·x

Résoudre pour x

x = (74 − 42,2)/5,8 = 5,483

Réponse

x = 5,483
15.Tests du khi-deux

Réponse: χ² = 0,1389

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: 60·98/140 = 42, 60·42/140 = 18
femmes: 80·98/140 = 56, 80·42/140 = 24

Statistique du khi-deux

χ² = (43 − 42)²/42 + (17 − 18)²/18 + (55 − 56)²/56 + (25 − 24)²/24
χ² = 0,1389

Réponse

χ² = 0,1389

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

16.Tests du khi-deux

Réponse: χ²crit = 18,48

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 = 8 − 1 = 7

Table

χ²crit(df = 7, α = 0,01) = 18,475

Réponse

χ²crit = 18,475

Rejetez H₀ si le χ² calculé est supérieur à cette valeur.

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