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

La validité interne désigne :

  1. ALe fait que les participants aient trouvé l'étude intéressante
  2. BLe fait qu'un test donne les mêmes résultats dans le temps
  3. CLe fait que les résultats se généralisent au-delà de l'étude à d'autres populations, contextes et époques
  4. DLe fait que l'effet observé ait réellement été causé par la VI plutôt que par d'autres facteurs
2.Méthodes de recherche en psychologieDifficile

Dans une régression multiple prédisant les notes d'examen à partir des heures de travail et du sommeil, R² = 0,36. Qu'est-ce que cela signifie ?

  1. ALa corrélation entre les prédicteurs est de 0,36
  2. BLes prédicteurs expliquent ensemble 36% de la variance des notes d'examen
  3. C36% des étudiants ont réussi l'examen
  4. DLes heures de travail causent 36% de la réussite à l'examen
3.Statistique descriptiveMoyen
2025303540

Trouve l'écart-type d'échantillon s des données : 17, 43, 22, 44, 22.

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

Les notes d'un examen suivent une loi normale de moyenne 100 et d'écart-type 15. Trouve le score z z d'une note de 109.

μ = 100σ = 15x = 109
z =
5.ProbabilitésMoyen
n = 8k = 2N = ?

De combien de façons N peut-on choisir un comité de 2 personnes parmi un groupe de 8 ? L'ordre ne compte pas.

n = 8k = 2
N =
6.ProbabilitésDifficile
€p(x)−20,7940,2180,01

Un jeu coûte 2 € pour jouer. Vous gagnez 6 € avec la probabilité 0,2 et 20 € avec la probabilité 0,01 ; sinon vous ne gagnez rien. La mise n’est pas remboursée. Trouvez le gain net espéré E(G) par partie.

mise = €2€6: p = 0,2€20: p = 0,01
E(G) = €
7.Loi normaleMoyen
105 s111,4 sX + Y?

X est normale de moyenne 60 s et d’écart-type 5 s ; Y est indépendante et normale de moyenne 45 s et d’écart-type 4 s. Trouvez la probabilité P que X + Y dépasse 111,4 s. Arrondissez z à deux décimales.

μX = 60, σX = 5μY = 45, σY = 4X + Y > 111,4 s
P =
8.Loi normaleDifficile
157164171178185192199cmbas 25%

Les les tailles des hommes adultes suivent une loi normale de moyenne 178 cm et d’écart type 7 cm. Faites glisser le seuil pour que les 25 % les plus bas (zone colorée) soient à sa gauche. Trouvez le seuil x.

μ = 178 cmσ = 7 cm25%
x = cm
9.Intervalles de confianceMoyen
n = 20, s = 4,5LUx̄ = 106,5E = ?99%

Un échantillon de 20 éléments a une moyenne de 106,5 et un écart-type s = 4,5. La population est approximativement normale. Trouvez la marge d’erreur E d’un intervalle de confiance à 99 % pour la moyenne.

n = 20x̄ = 106,5s = 4,599%t(19) = 2,861
E =
10.Intervalles de confianceDifficile
n = 15Lσ = ?s = 1,195%

Les diamètres de 15 arbres usinés ont un écart-type d’échantillon de 1,1 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 = 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 = 1,1 µmχ² = 5,629, 26,119
σ = µm
11.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceMoyen
t −1,99801,998

Un échantillon de 64 étudiants a une note moyenne de 200,8 et un écart-type d'échantillon de 5. Calcule la statistique de test t pour H₀ : μ = 200.

μ₀ = 200x̄ = 200,8s = 5n = 64
t =
12.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceDifficile
z −1,64501,645

Un échantillon de 36 mesures a une moyenne de 76,2. L'écart-type de la population est 12. Trouve la borne supérieure U de l'intervalle de confiance à 90 % pour la moyenne.

x̄ = 76,2σ = 12n = 3690%
U =
13.Régression linéaire et corrélationMoyen
xy2354416418541059xy510405060

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 = 230Σx² = 220Σy² = 10984Σxy = 1502
r =
14.Régression linéaire et corrélationDifficile
xy12621931841351269xy2461020x = 1,5

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. Prédisez ŷ pour x = 1,5.

n = 6x = 1,5
ŷ =
15.Tests du khi-deuxMoyen
busvélovoitureTotalétudiants35222380personnel258740Total603030120

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 = 1202 × 3
χ² =
16.Tests du khi-deuxDifficile
ouinonTotalusine A162440usine B152540usine C334780Total6496160dfα = 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 = 1603 × 2α = 0,05
χ² =

3Solutions

1.Méthodes de recherche en psychologie

Réponse: D · Le fait que l'effet observé ait réellement été causé par la VI plutôt que par d'autres facteurs

Pourquoi c'est la réponse

Une validité interne élevée signifie que les explications alternatives, comme les variables confondantes, les caractéristiques de la demande ou le biais de l'expérimentateur, ont été écartées. La validité externe concerne la généralisation.

Réponse

D · Le fait que l'effet observé ait réellement été causé par la VI plutôt que par d'autres facteurs
2.Méthodes de recherche en psychologie

Réponse: B · Les prédicteurs expliquent ensemble 36% de la variance des notes d'examen

Pourquoi c'est la réponse

R² indique quelle part de la variabilité du résultat est expliquée par l'ensemble des prédicteurs. Il n'établit pas de causalité.

Réponse

B · Les prédicteurs expliquent ensemble 36% de la variance des notes d'examen
3.Statistique descriptive

Réponse: s = 12,86

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 = 148/5 = 29,6

Écarts au carré

Σ(x − x̄)² = (−12,6)² + 13,4² + (−7,6)² + 14,4² + (−7,6)² = 661,2

Écart-type

s = √(661,2/4) = 12,86

Réponse

s = 12,86
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 = (109 − 100)/15 = 0,6

Réponse

z = 0,6
5.Probabilités

Réponse: N = 28

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(8, 2) = (8·7)/(2·1) = 28

Réponse

N = 28
6.Probabilités

Réponse: E(G) = −0,6 €

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: 4 (p = 0,2), 18 (p = 0,01), −2 (p = 0,79)

Espérance

E(G) = 4·0,2 + 18·0,01 − 2·0,79 = −0,6 €

Réponse

E(G) = −0,6 €

Une valeur négative signifie que vous perdez de l’argent en moyenne.

7.Loi normale

Réponse: P = 0,1587

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 = 105 s, σ = √(5² + 4²) = 6,403 s

Centrer-réduire

z = (111,4 − 105)/6,403 = 1

Queue supérieure

P = 1 − Φ(1) = 1 − 0,8413 = 0,1587

Réponse

P = 0,1587
8.Loi normale

Réponse: x = 173,3 cm

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

Φ(z) = 0,25

z d’après la table

z ≈ −0,67

Retour aux unités d’origine

x = 178 − 0,67·7 = 173,3 cm

Réponse

x = 173,3 cm
9.Intervalles de confiance

Réponse: E = 2,879

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 = 19, t = 2,861

Marge d'erreur

E = 2,861·4,5/√20 = 2,879

Réponse

E = 2,879
10.Intervalles de confiance

Réponse: σ = 1,735 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 = 14·1,1² = 16,94

Bornes pour σ²

16,94/26,119 = 0,6486
16,94/5,629 = 3,009

Borne pour σ

σ = √3,009 = 1,735 µm

Réponse

σ = 1,735 µm

Intervalle à 95 % pour σ : [0,8053, 1,735] µm.

11.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: t = 1,28

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/√64 = 5/8 = 0,625

Statistique de test

t = (200,8 − 200)/0,625 = 1,28

Réponse

t = 1,28
t0,025; df = 63 = 1,998

|t| < 1.998, donc H₀ n’est pas rejetée au seuil de 5 % (bilatéral).

12.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: U = 79,49

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).

Marge d'erreur

E = 1,645·12/√36 = 3,29

Borne de l'intervalle

U = 76,2 + 3,29 = 79,49

Réponse

U = 79,49
13.Régression linéaire et corrélation

Réponse: r = 0,9597

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 = 1502 − 30·230/5 = 122
Sxx = 220 − 30²/5 = 40
Syy = 10984 − 230²/5 = 404

Coefficient de corrélation

r = 122/√(40·404) = 0,9597

Réponse

r = 0,9597
14.Régression linéaire et corrélation

Réponse: ŷ = 22,51

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 = 97/6 = 16,17

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −55,5

Droite de régression

b = −55,5/17,5 = −3,171
a = 16,17 − (−3,171)·3,5 = 27,27
ŷ = 27,27 − 3,171·x

Prédiction

ŷ = 27,27 + (−3,171)·1,5 = 22,51

Réponse

ŷ = 22,51
15.Tests du khi-deux

Réponse: χ² = 3,825

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

étudiants: 80·60/120 = 40, 80·30/120 = 20, 80·30/120 = 20
personnel: 40·60/120 = 20, 40·30/120 = 10, 40·30/120 = 10

Statistique du khi-deux

χ² = (35 − 40)²/40 + (22 − 20)²/20 + (23 − 20)²/20 + (25 − 20)²/20 + (8 − 10)²/10 + (7 − 10)²/10
χ² = 3,825

Réponse

χ² = 3,825

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

16.Tests du khi-deux

Réponse: χ² = 0,1563

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

usine A: 16, 24
usine B: 16, 24
usine C: 32, 48

Statistique du khi-deux

χ² = (16 − 16)²/16 + (24 − 24)²/24 + (15 − 16)²/16 + (25 − 24)²/24 + (33 − 32)²/32 + (47 − 48)²/48
χ² = 0,1563

Décision

df = 2, χ²crit = 5,991
0,1563 < 5,991

Réponse

χ² = 0,1563

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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