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

Un alpha de Cronbach de 0,88 pour une échelle d'anxiété de 15 items indique :

  1. AQue l'échelle prédit bien l'anxiété future
  2. BQue l'échelle a un effet significatif sur l'anxiété
  3. CUne bonne cohérence interne des items
  4. DQue les scores sont stables sur six mois
2.Méthodes de recherche en psychologieDifficile

Un département de psychologie ne recrute des participants que dans les cours d'introduction à la psychologie. Des critiques disent que les échantillons sont « WEIRD ». À quoi cela renvoie-t-il ?

  1. AÀ des échantillons recrutés par des méthodes aléatoires pondérées
  2. BÀ des échantillons qui se retirent tôt des études
  3. CÀ des échantillons occidentaux, instruits, industrialisés, riches et démocratiques, peu généralisables
  4. DÀ des échantillons au comportement particulièrement étrange
3.Statistique descriptiveMoyen
1520253035404550

Trouve l'écart-type d'échantillon s des données : 25, 52, 31, 15, 15, 47, 41.

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

Les notes d'un examen suivent une loi normale de moyenne 70 et d'écart-type 15. Trouve le score z z d'une note de 79.

μ = 70σ = 15x = 79
z =
5.ProbabilitésMoyen
n = 15k = 5N = ?

De combien de façons N peut-on choisir un comité de 5 personnes parmi un groupe de 15 ? L'ordre ne compte pas.

n = 15k = 5
N =
6.ProbabilitésDifficile
n = 12, p = 0,25: P(X = 1) = ?k0123456789101112

Un test comporte 12 QCM. Une étudiante qui répond au hasard a chaque réponse juste avec une probabilité 0,25, indépendamment. Quelle est la probabilité P d'avoir exactement 1 bonnes réponses ?

n = 12p = 0,25k = 1
P =
7.Loi normaleMoyen
32 min29,5 minX + Y?

X est normale de moyenne 12 min et d’écart-type 1,5 min ; Y est indépendante et normale de moyenne 20 min et d’écart-type 2 min. Trouvez la probabilité P que X + Y dépasse 29,5 min. Arrondissez z à deux décimales.

μX = 12, σX = 1,5μY = 20, σY = 2X + Y > 29,5 min
P =
8.Loi normaleDifficile
4 s0X − Y?

Le temps au tour X du coureur A et le temps au tour Y du coureur B sont indépendantes et normales : X a pour moyenne 52 s et pour écart-type 4 s, Y a pour moyenne 48 s et pour écart-type 3 s. Trouvez la probabilité P que X soit supérieure à Y. Arrondissez z à deux décimales.

μX = 52 s, σX = 4 sμY = 48 s, σY = 3 s
P =
9.Intervalles de confianceMoyen
μ₁ − μ₂0L = ?Ux̄₁ − x̄₂E99%

On compare l’autonomie de la batterie de deux modèles de téléphone. Modèle 1 : 30 téléphones, moyenne 150 h, écart-type connu 13 h. Modèle 2 : 80 téléphones, moyenne 161,5 h, écart-type connu 15 h. Trouvez la borne inférieure de l’intervalle de confiance à 99 % pour μ₁ − μ₂.

n₁ = 30x̄₁ = 150 hσ₁ = 13 hn₂ = 80x̄₂ = 161,5 hσ₂ = 15 h99%
borne inférieure = h
10.Intervalles de confianceDifficile
μ₁ − μ₂, t(14) = 2,1450LUx̄₁ − x̄₂E = ?95%

On teste deux engrais. Groupe de parcelles 1 : 6 parcelles, rendement moyen 86,5 kg, écart-type 7,5 kg. Groupe de parcelles 2 : 10 parcelles, moyenne 82,5 kg, écart-type 3 kg. Supposez les variances égales (t avec variance commune, df = n₁ + n₂ − 2). Trouvez la marge d’erreur E de l’intervalle de confiance à 95 % pour μ₁ − μ₂.

n₁ = 6x̄₁ = 86,5s₁ = 7,5n₂ = 10x̄₂ = 82,5s₂ = 395%t(14) = 2,145
E = kg
11.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceMoyen
t −2,0302,03

Un échantillon de 36 étudiants a une note moyenne de 195,9 et un écart-type d'échantillon de 8. Calcule la statistique de test t pour H₀ : μ = 200.

μ₀ = 200x̄ = 195,9s = 8n = 36
t =
12.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceDifficile
μ₀x̄c

Un test z unilatéral de H₀ : μ = 200 contre H₁ : μ < 200 est réalisé au seuil α = 0.01 avec un échantillon de 25 ; l’écart-type est connu et vaut 15. En réalité, la moyenne vaut 191.9. Trouvez la puissance 1 − β du test en pourcentage.

μ₀ = 200μ = 191,9σ = 15n = 25α = 0,01
1 − β = %
13.Régression linéaire et corrélationMoyen
xy2414446578651067xy51040506070

Le tableau donne 5 observations appariées de x = dépenses publicitaires en k€ et y = ventes en k€. Leurs sommes sont données. Trouvez le coefficient de corrélation de Pearson r à partir de ces sommes.

n = 5Σx = 30Σy = 274Σx² = 220Σy² = 15580Σxy = 1790
r =
14.Régression linéaire et corrélationDifficile
xy152370576784990xy56080ŷ = 88

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 = 88 ?

n = 5ŷ = 88
x =
15.Tests du khi-deuxMoyen
sans défautmineurmajeurTotaléquipe de jour17313280équipe de nuit25112460Total424256140

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 × 3
χ² =
16.Tests du khi-deuxDifficile
ouinonTotal18–30 ans30508031–50 ans21194051 ans et plus3763100Total88132220dfα = 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 = 0,05 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 = 0,05
χ² =

3Solutions

1.Méthodes de recherche en psychologie

Réponse: C · Une bonne cohérence interne des items

Pourquoi c'est la réponse

L'alpha de Cronbach estime la cohérence interne ; des valeurs d'environ 0,7 ou plus sont généralement jugées acceptables. Il ne démontre pas à lui seul la validité.

Réponse

C · Une bonne cohérence interne des items
2.Méthodes de recherche en psychologie

Réponse: C · À des échantillons occidentaux, instruits, industrialisés, riches et démocratiques, peu généralisables

Pourquoi c'est la réponse

Henrich et ses collègues ont noté que la plupart des participants en psychologie viennent de sociétés WEIRD (Western, Educated, Industrialised, Rich, Democratic), non représentatives de l'humanité, ce qui menace la validité de population.

Réponse

C · À des échantillons occidentaux, instruits, industrialisés, riches et démocratiques, peu généralisables
3.Statistique descriptive

Réponse: s = 14,91

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 = 226/7 = 32,29

Écarts au carré

Σ(x − x̄)² = (−7,286)² + 19,71² + (−1,286)² + (−17,29)² + (−17,29)² + 14,71² + 8,714² = 1333

Écart-type

s = √(1333/6) = 14,91

Réponse

s = 14,91
4.Statistique descriptive

Réponse: z = 0,6

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 = (79 − 70)/15 = 0,6

Réponse

z = 0,6
5.Probabilités

Réponse: N = 3003

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(15, 5) = (15·14·13·12·11)/(5·4·3·2·1) = 3003

Réponse

N = 3003
6.Probabilités

Réponse: P = 0,1267

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 = 1) = 12·0,251·0,7511 = 12·0,25·0,04224 = 0,1267

Réponse

P = 0,1267
7.Loi normale

Réponse: P = 0,8413

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 somme

μ = 32 min, σ = √(1,5² + 2²) = 2,5 min

Centrer-réduire

z = (29,5 − 32)/2,5 = −1

Queue supérieure

P = 1 − Φ(−1) = 1 − 0,1587 = 0,8413

Réponse

P = 0,8413
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 = 52 − 48 = 4 s, σ = 5 s

Centrer-réduire

z = (0 − 4)/5 = −0,8

Probabilités

P = 1 − Φ(−0,8) = 0,7881

Réponse

P = 0,7881
9.Intervalles de confiance

Réponse: borne inférieure = −18,99 h

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.

Estimation ponctuelle

x̄₁ − x̄₂ = 150 − 161,5 = −11,5

Erreur type

SE = √(13²/30 + 15²/80) = 2,906

Marge d'erreur

E = 2,576·2,906 = 7,486

Intervalle

−11,5 ± 7,486 → [−18,99, −4,014]

Réponse

borne inférieure = −18,99 h

L’intervalle ne contient pas 0, donc les moyennes diffèrent significativement.

10.Intervalles de confiance

Réponse: E = 5,634 kg

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.

Écart-type commun

sp² = (5·7,5² + 9·3²)/14 = 25,88
sp = 5,087

Marge d'erreur

E = 2,145·5,087·√(1/6 + 1/10) = 5,634

Réponse

E = 5,634 kg
11.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: t = −3,075

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/√36 = 8/6 = 1,333

Statistique de test

t = (195,9 − 200)/1,333 = −3,075

Réponse

t = −3,075
t0,025; df = 35 = 2,03

|t| > 2,03, donc H₀ est rejetée au seuil de 5 % (bilatéral).

12.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: 1 − β = 64,58 %

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 = 15/√25 = 3
x̄c = 200 − 2,326·3 = 193

z avec la vraie moyenne

z = (193 − 191,9)/3 = 0,374

Puissance

puissance = P(Z < 0.374) = 64.58%
1 − β = 64,58%

Réponse

1 − β = 64,58%
13.Régression linéaire et corrélation

Réponse: r = 0,9713

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 = 1790 − 30·274/5 = 146
Sxx = 220 − 30²/5 = 40
Syy = 15580 − 274²/5 = 564,8

Coefficient de corrélation

r = 146/√(40·564,8) = 0,9713

Réponse

r = 0,9713
14.Régression linéaire et corrélation

Réponse: x = 8,022

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 = 25/5 = 5
ȳ = 372/5 = 74,4

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 180

Droite de régression

b = 180/40 = 4,5
a = 74,4 − 4,5·5 = 51,9
ŷ = 51,9 + 4,5·x

Résoudre pour x

x = (88 − 51,9)/4,5 = 8,022

Réponse

x = 8,022
15.Tests du khi-deux

Réponse: χ² = 9,528

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

équipe de jour: 80·42/140 = 24, 80·42/140 = 24, 80·56/140 = 32
équipe de nuit: 60·42/140 = 18, 60·42/140 = 18, 60·56/140 = 24

Statistique du khi-deux

χ² = (17 − 24)²/24 + (31 − 24)²/24 + (32 − 32)²/32 + (25 − 18)²/18 + (11 − 18)²/18 + (24 − 24)²/24
χ² = 9,528

Réponse

χ² = 9,528

df = 2. Pour α = 0,05, la valeur critique vaut 5,991 ; H₀ (indépendance) est donc rejetée.

16.Tests du khi-deux

Réponse: χ² = 3,188

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

18–30 ans: 32, 48
31–50 ans: 16, 24
51 ans et plus: 40, 60

Statistique du khi-deux

χ² = (30 − 32)²/32 + (50 − 48)²/48 + (21 − 16)²/16 + (19 − 24)²/24 + (37 − 40)²/40 + (63 − 60)²/60
χ² = 3,188

Décision

df = 2, χ²crit = 5,991
3,188 < 5,991

Réponse

χ² = 3,188

χ² est inférieur à la valeur critique, donc H₀ n’est pas rejetée : il n’y a pas de preuve significative d’une relation.

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