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

Le biais de l'expérimentateur est réduit le plus directement :

  1. AEn utilisant un échantillon plus grand
  2. BEn utilisant une hypothèse unilatérale
  3. CEn faisant recueillir les données par un chercheur qui ne connaît ni l'hypothèse ni les conditions
  4. DEn n'utilisant que des volontaires
2.Méthodes de recherche en psychologieDifficile

Avec une échelle autodéclarative, on constate que les personnes qui approuvent beaucoup d'affirmations obtiennent un score élevé quel que soit le contenu. De quel biais de réponse s'agit-il, et comment le réduire ?

  1. ALes effets d'ordre ; contrebalancer les participants
  2. BLe biais de désirabilité sociale ; utiliser un échantillon plus grand
  3. CLes caractéristiques de la demande ; utiliser un plan en double aveugle
  4. DLe biais d'acquiescement ; inclure des items formulés à l'envers
3.Statistique descriptiveMoyen
1520253035404550

Trouve l'écart-type d'échantillon s des données : 23, 54, 50, 37, 13.

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

Les notes d'un examen suivent une loi normale de moyenne 500 et d'écart-type 60. Trouve le score z z d'une note de 524.

μ = 500σ = 60x = 524
z =
5.ProbabilitésMoyen
xp(x)00,220,140,3560,35μ = 3,7

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

x: 0, 2, 4, 6p(x): 0,2, 0,1, 0,35, 0,35
σ =
6.ProbabilitésDifficile
€p(x)−100,65200,34900,05

Un jeu coûte 10 € pour jouer. Vous gagnez 30 € avec la probabilité 0,3 et 500 € avec la probabilité 0,05 ; sinon vous ne gagnez rien. La mise n’est pas remboursée. Trouvez le gain net espéré E(G) par partie.

mise = €10€30: p = 0,3€500: p = 0,05
E(G) = €
7.Loi normaleMoyen
150 kg149,4 kgT = X₁ + … + X₆?

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 6 d’entre eux soit inférieure à 149,4 kg. Arrondissez z à deux décimales.

μ = 25 kgσ = 0,5 kgn = 6< 149.4 kg
P =
8.Loi normaleDifficile
0,02 mm0D − d?

Les diamètres D des alésages sont normaux de moyenne 25,02 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 0,015 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 = 25,02 mm, σ = 0,02 mmarbre: μ = 25 mm, σ = 0,015 mm
P =
9.Intervalles de confianceMoyen
n = 11, s = 10LU = ?x̄ = 87,5E99%

Un échantillon de 11 éléments a une moyenne de 87,5 et un écart-type s = 10. La population est approximativement normale. Trouvez la borne supérieure de l’intervalle de confiance à 99 % pour la moyenne.

n = 11x̄ = 87,5s = 1099%t(10) = 3,169
borne supérieure =
10.Intervalles de confianceDifficile
n = 15Lσ = ?s = 5,995%

Les diamètres de 15 arbres usinés ont un écart-type d’échantillon de 5,9 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 = 14, 2,5 % de la loi du χ² se trouve en dessous de 5,629 et 2,5 % au-dessus de 26,119.

n = 15s = 5,9 µmχ² = 5,629, 26,119
σ = µm
11.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceMoyen
−2,1312,131t = ?df = 15

On compare deux méthodes d’enseignement. Groupe 1 : 6 étudiants, note moyenne 38,5, écart-type 10. Groupe 2 : 11 étudiants, note moyenne 35,2, écart-type 3,5. 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 = 38,5s₁ = 10n₂ = 11x̄₂ = 35,2s₂ = 3,5
t =
12.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceDifficile
μ₀x̄c

Un test z unilatéral de H₀ : μ = 50 contre H₁ : μ < 50 est réalisé au seuil α = 0.01 avec un échantillon de 64 ; l’écart-type est connu et vaut 12. En réalité, la moyenne vaut 45.2. Trouvez la puissance 1 − β du test en pourcentage.

μ₀ = 50μ = 45,2σ = 12n = 64α = 0,01
1 − β = %
13.Régression linéaire et corrélationMoyen
xy26496168181024xy5101020

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 = 73Σx² = 220Σy² = 1273Σxy = 528
r =
14.Régression linéaire et corrélationDifficile
xy2641361782310281237xy51010203040x = 7

Le tableau donne 6 observations appariées de x = charge en kN et y = allongement en mm. Utilisez la droite des moindres carrés ŷ = a + b·x. On fait une nouvelle observation (7, 18). Trouvez son résidu e = y − ŷ.

n = 6(7, 18)
e =
15.Tests du khi-deuxMoyen
touxpas de touxTotalfumeurs354580non-fumeurs3763100Total72108180

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 = 1802 × 2
χ² =
16.Tests du khi-deuxDifficile
ouinonTotalligne 16040100ligne 2382260ligne 356460Total15466220dfα = 0,05α = 0,0113,8416,63525,9919,21037,81511,34549,48813,277511,07015,086612,59216,812714,06718,475815,50720,090916,91921,6661018,30723,209

Le tableau indique les effectifs observés. Testez au seuil α = 0,01 si les deux variables sont indépendantes (sans correction de continuité). Calculez la statistique de test χ², puis comparez-la à la valeur critique de la table.

N = 2203 × 2α = 0,01
χ² =

3Solutions

1.Méthodes de recherche en psychologie

Réponse: C · En faisant recueillir les données par un chercheur qui ne connaît ni l'hypothèse ni les conditions

Pourquoi c'est la réponse

Les expérimentateurs qui connaissent l'hypothèse peuvent influencer involontairement les participants ou les enregistrements. Les procédures en simple ou double aveugle et des consignes standardisées réduisent ce biais.

Réponse

C · En faisant recueillir les données par un chercheur qui ne connaît ni l'hypothèse ni les conditions
2.Méthodes de recherche en psychologie

Réponse: D · Le biais d'acquiescement ; inclure des items formulés à l'envers

Pourquoi c'est la réponse

L'acquiescement est une tendance à approuver les items. Mélanger des items formulés positivement et négativement fait que tout approuver ne produit plus un score extrême.

Réponse

D · Le biais d'acquiescement ; inclure des items formulés à l'envers
3.Statistique descriptive

Réponse: s = 17,44

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 = 177/5 = 35,4

Écarts au carré

Σ(x − x̄)² = (−12,4)² + 18,6² + 14,6² + 1,6² + (−22,4)² = 1217

Écart-type

s = √(1217/4) = 17,44

Réponse

s = 17,44
4.Statistique descriptive

Réponse: z = 0,4

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 = (524 − 500)/60 = 0,4

Réponse

z = 0,4
5.Probabilités

Réponse: σ = 2,216

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 = 0·0,2 + 2·0,1 + 4·0,35 + 6·0,35 = 3,7

Moyenne des carrés

E(X²) = 0·0,2 + 4·0,1 + 16·0,35 + 36·0,35 = 18,6

Variance

Var(X) = 18,6 − 3,7² = 4,91
σ = √4,91 = 2,216

Réponse

σ = 2,216
6.Probabilités

Réponse: E(G) = 24 €

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.

Résultats nets

G: 20 (p = 0,3), 490 (p = 0,05), −10 (p = 0,65)

Espérance

E(G) = 20·0,3 + 490·0,05 − 10·0,65 = 24 €

Réponse

E(G) = 24 €

Une valeur positive signifie que vous gagnez de l’argent en moyenne.

7.Loi normale

Réponse: P = 0,3121

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 = 150 kg, σT = 0,5·√6 = 1,225 kg

Centrer-réduire

z = (149,4 − 150)/1,225 = −0,49

Probabilités

P = Φ(−0,49) = 0,3121

Réponse

P = 0,3121
8.Loi normale

Réponse: P = 0,7881

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 = 25,02 − 25 = 0,02 mm, σ = 0,025 mm

Centrer-réduire

z = (0 − 0,02)/0,025 = −0,8

Probabilités

P = 1 − Φ(−0,8) = 0,7881

Réponse

P = 0,7881
9.Intervalles de confiance

Réponse: borne supérieure = 97,05

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 = 10, t = 3,169

Marge d'erreur

E = 3,169·10/√11 = 9,555

Intervalle

87,5 ± 9,555 → [77,95, 97,05]

Réponse

borne supérieure = 97,05
10.Intervalles de confiance

Réponse: σ = 9,305 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 = 14·5,9² = 487,3

Bornes pour σ²

487,3/26,119 = 18,66
487,3/5,629 = 86,58

Borne pour σ

σ = √86,58 = 9,305 µm

Réponse

σ = 9,305 µm

Intervalle à 95 % pour σ : [4,32, 9,305] µm.

11.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: t = 1,009

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 = (5·10² + 10·3,5²)/15 = 41,5
sp = 6,442

Erreur type

SE = 6,442·√(1/6 + 1/11) = 3,269

Statistique de test

t = (38,5 − 35,2)/3,269 = 1,009

Réponse

t = 1,009

Avec df = 15, la valeur critique bilatérale à 5 % vaut 2,131 ; |t| est plus petit, donc H₀ n’est pas rejetée.

12.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: 1 − β = 80,89 %

Puissance d’un test : la puissance 1 − β est la probabilité de rejeter H₀ quand elle est fausse. Trouvez le seuil x̄c à partir de μ₀ et z_α, puis calculez la probabilité de dépasser x̄c avec la vraie moyenne : z = (x̄c − μ)/(σ/√n).

Moyenne d’échantillon critique

SE = 12/√64 = 1,5
x̄c = 50 − 2,326·1,5 = 46,51

z avec la vraie moyenne

z = (46,51 − 45,2)/1,5 = 0,874

Puissance

puissance = P(Z < 0.874) = 80.89%
1 − β = 80,89%

Réponse

1 − β = 80,89%
13.Régression linéaire et corrélation

Réponse: r = 0,9886

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 = 528 − 30·73/5 = 90
Sxx = 220 − 30²/5 = 40
Syy = 1273 − 73²/5 = 207,2

Coefficient de corrélation

r = 90/√(40·207,2) = 0,9886

Réponse

r = 0,9886
14.Régression linéaire et corrélation

Réponse: e = −2,667

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 = 42/6 = 7
ȳ = 124/6 = 20,67

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 206

Droite de régression

b = 206/70 = 2,943
a = 20,67 − 2,943·7 = 0,06667
ŷ = 0,06667 + 2,943·x

Valeur prédite

ŷ = 0,06667 + 2,943·7 = 20,67

Résidu

e = 18 − 20,67 = −2,667

Réponse

e = −2,667

Le point se trouve en dessous de la droite.

15.Tests du khi-deux

Réponse: χ² = 0,8438

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

fumeurs: 80·72/180 = 32, 80·108/180 = 48
non-fumeurs: 100·72/180 = 40, 100·108/180 = 60

Statistique du khi-deux

χ² = (35 − 32)²/32 + (45 − 48)²/48 + (37 − 40)²/40 + (63 − 60)²/60
χ² = 0,8438

Réponse

χ² = 0,8438

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

16.Tests du khi-deux

Réponse: χ² = 21,59

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

ligne 1: 70, 30
ligne 2: 42, 18
ligne 3: 42, 18

Statistique du khi-deux

χ² = (60 − 70)²/70 + (40 − 30)²/30 + (38 − 42)²/42 + (22 − 18)²/18 + (56 − 42)²/42 + (4 − 18)²/18
χ² = 21,59

Décision

df = 2, χ²crit = 9,210
21,59 > 9,210

Réponse

χ² = 21,59

χ² est supérieur à la valeur critique, donc H₀ est rejetée : les variables semblent liées.

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