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 erreur de type I se produit quand un chercheur :

  1. ANe rejette pas une hypothèse nulle fausse
  2. BRecueille trop de données
  3. CRejette une hypothèse nulle qui est en réalité vraie
  4. DUtilise le mauvais test statistique
2.Méthodes de recherche en psychologieDifficile

Pourquoi de nombreux chercheurs soutiennent-ils que les valeurs p devraient être rapportées avec les tailles d'effet et les intervalles de confiance ?

  1. ALes valeurs p indiquent la probabilité que l'hypothèse soit vraie
  2. BUne valeur p n'indique ni l'ampleur ni la précision de l'effet
  3. CLes intervalles de confiance ne sont nécessaires qu'en recherche qualitative
  4. DLes tailles d'effet rendent la taille de l'échantillon sans importance pour la significativité
3.Statistique descriptiveMoyen
15202530354045505560

Trouve l'écart-type d'échantillon s des données : 60, 49, 38, 26, 12, 28, 38.

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

Une grandeur suit une loi normale de moyenne 100 et d'écart-type 10. Quelle proportion P des valeurs est supérieure à 80 ?

μ = 100σ = 10x = 80
P =
5.ProbabilitésMoyen
xp(x)100,25200,15300,3400,3μ = 26,5

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

x: 10, 20, 30, 40p(x): 0,25, 0,15, 0,3, 0,3
Var(X) =
6.ProbabilitésDifficile
€p(x)−100,88400,14900,02

Un jeu coûte 10 € pour jouer. Vous gagnez 50 € avec la probabilité 0,1 et 500 € avec la probabilité 0,02 ; sinon vous ne gagnez rien. La mise n’est pas remboursée. Trouvez le gain net espéré E(G) par partie.

mise = €10€50: p = 0,1€500: p = 0,02
E(G) = €
7.Loi normaleMoyen
−3−2−10123zaire colorée entre −z et z = 0,9774

Faites glisser z pour que l’aire colorée entre −z et z sous la courbe normale centrée réduite soit 0,9774. Trouvez z avec deux décimales.

A = 0,9774
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 0,015 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 = 25,03 mm, σ = 0,015 mmarbre: μ = 25 mm, σ = 0,015 mm
P =
9.Intervalles de confianceMoyen
n = 10, s = 16,5L = ?Ux̄ = 114E95%

Un échantillon de 10 éléments a une moyenne de 114 et un écart-type s = 16,5. La population est approximativement normale. Trouvez la borne inférieure de l’intervalle de confiance à 95 % pour la moyenne.

n = 10x̄ = 114s = 16,595%t(9) = 2,262
borne inférieure =
10.Intervalles de confianceDifficile
σ = 36, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 499%

L’écart-type de la population est 36. Quelle taille d’échantillon n faut-il pour qu’un intervalle de confiance à 99 % pour la moyenne ait une marge d’erreur d’au plus 4 ?

σ = 36E = 499%
n =
11.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceMoyen
1,72p = ?

La moyenne d’une population est censée valoir 50 ; l’écart-type de la population est connu et vaut 8. Un échantillon aléatoire de 64 observations a une moyenne de 51,72. Testez H₀ : μ = 50 contre H₁ : μ > 50. Trouvez la valeur p p.

μ₀ = 50σ = 8n = 64x̄ = 51,72H₁: μ > μ₀
p =
12.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceDifficile
z −1,9601,96

Un échantillon de 64 mesures a une moyenne de 499,4. L'écart-type de la population est 5. Trouve la borne inférieure L de l'intervalle de confiance à 95 % pour la moyenne.

x̄ = 499,4σ = 5n = 6495%
L =
13.Régression linéaire et corrélationMoyen
xy155517661962217623852589xy1520256080

Le tableau donne 6 observations appariées de x = température en °C et y = glaces vendues. Leurs sommes sont données. Trouvez le coefficient de corrélation de Pearson r à partir de ces sommes.

n = 6Σx = 120Σy = 433Σx² = 2470Σy² = 32147Σxy = 8901
r =
14.Régression linéaire et corrélationDifficile
xy142716231836203622442456xy15202540x = 15

Le tableau donne 6 observations appariées de x = température en °C et y = glaces vendues. Utilisez la droite des moindres carrés ŷ = a + b·x. On fait une nouvelle observation (15, 28). Trouvez son résidu e = y − ŷ.

n = 6(15, 28)
e =
15.Tests du khi-deuxMoyen
faiblemoyenélevéTotalurbain10123860rural223642100Total324880160

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 = 1602 × 3
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: C · Rejette une hypothèse nulle qui est en réalité vraie

Pourquoi c'est la réponse

Une erreur de type I conclut à un effet qui n'existe pas. Sa probabilité est égale au seuil de significativité (souvent 0,05). Une erreur de type II manque un effet réel.

Réponse

C · Rejette une hypothèse nulle qui est en réalité vraie
2.Méthodes de recherche en psychologie

Réponse: B · Une valeur p n'indique ni l'ampleur ni la précision de l'effet

Pourquoi c'est la réponse

Une valeur p dépend fortement de la taille de l'échantillon et indique seulement à quel point les données sont surprenantes sous l'hypothèse nulle. Les tailles d'effet montrent l'ampleur et les intervalles la précision.

Réponse

B · Une valeur p n'indique ni l'ampleur ni la précision de l'effet
3.Statistique descriptive

Réponse: s = 15,77

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 = 251/7 = 35,86

Écarts au carré

Σ(x − x̄)² = 24,14² + 13,14² + 2,143² + (−9,857)² + (−23,86)² + (−7,857)² + 2,143² = 1493

Écart-type

s = √(1493/6) = 15,77

Réponse

s = 15,77
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) = 0,02275
P = 1 − 0,02275 = 0,9772

Réponse

P = 0,9772
5.Probabilités

Réponse: Var(X) = 132,8

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 = 10·0,25 + 20·0,15 + 30·0,3 + 40·0,3 = 26,5

Moyenne des carrés

E(X²) = 100·0,25 + 400·0,15 + 900·0,3 + 1600·0,3 = 835

Variance

Var(X) = 835 − 26,5² = 132,8

Réponse

Var(X) = 132,8
6.Probabilités

Réponse: E(G) = 5 €

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: 40 (p = 0,1), 490 (p = 0,02), −10 (p = 0,88)

Espérance

E(G) = 40·0,1 + 490·0,02 − 10·0,88 = 5 €

Réponse

E(G) = 5 €

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

7.Loi normale

Réponse: z = 2,28

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 + 0,9774)/2 = 0,9887

Lire la table de z à l’envers

Trouvez 0,9887 dans la table et lisez z.

z = 2,28

Réponse

z = 2,28
8.Loi normale

Réponse: P = 0,9207

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 = 0,02121 mm

Centrer-réduire

z = (0 − 0,03)/0,02121 = −1,41

Probabilités

P = 1 − Φ(−1,41) = 0,9207

Réponse

P = 0,9207
9.Intervalles de confiance

Réponse: borne inférieure = 102,2

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 = 9, t = 2,262

Marge d'erreur

E = 2,262·16,5/√10 = 11,8

Intervalle

114 ± 11,8 → [102,2, 125,8]

Réponse

borne inférieure = 102,2
10.Intervalles de confiance

Réponse: n = 538

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.

Résoudre pour n

n = (2,576·36/4)² = 537,5

Arrondir vers le haut

Une taille d’échantillon est un nombre entier, et arrondir vers le bas rendrait la marge trop grande.

n = 538

Réponse

n = 538
11.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: p = 0,04272

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.

Statistique de test

SE = σ/√n = 8/√64 = 1
z = (51,72 − 50)/1 = 1,72

Aire de la queue

Φ(1,72) = 0,9573
1 − Φ(1,72) = 0,0427

Valeur p

p = 0,04272

Réponse

p = 0,04272

p ≤ 0,05, donc H₀ est rejetée au seuil de 5 %.

12.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: L = 498,2

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 = 1,96·5/√64 = 1,225

Borne de l'intervalle

L = 499,4 − 1,225 = 498,2

Réponse

L = 498,2
13.Régression linéaire et corrélation

Réponse: r = 0,9608

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 = 8901 − 120·433/6 = 241
Sxx = 2470 − 120²/6 = 70
Syy = 32147 − 433²/6 = 898,8

Coefficient de corrélation

r = 241/√(70·898,8) = 0,9608

Réponse

r = 0,9608
14.Régression linéaire et corrélation

Réponse: e = 2,886

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 = 114/6 = 19
ȳ = 222/6 = 37

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 208

Droite de régression

b = 208/70 = 2,971
a = 37 − 2,971·19 = −19,46
ŷ = −19,46 + 2,971·x

Valeur prédite

ŷ = −19,46 + 2,971·15 = 25,11

Résidu

e = 28 − 25,11 = 2,886

Réponse

e = 2,886

Le point se trouve au-dessus de la droite.

15.Tests du khi-deux

Réponse: χ² = 7,147

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

urbain: 60·32/160 = 12, 60·48/160 = 18, 60·80/160 = 30
rural: 100·32/160 = 20, 100·48/160 = 30, 100·80/160 = 50

Statistique du khi-deux

χ² = (10 − 12)²/12 + (12 − 18)²/18 + (38 − 30)²/30 + (22 − 20)²/20 + (36 − 30)²/30 + (42 − 50)²/50
χ² = 7,147

Réponse

χ² = 7,147

df = 2. Pour α = 0,05, la valeur critique vaut 5,991 ; 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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