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

Un chercheur recueille des données à neuf moments et effectue chaque fois un test au seuil de 5% sans correction. Quel est le problème ?

  1. ALa probabilité d'au moins un faux positif dépasse largement 5%
  2. BCette démarche ne pose aucun problème
  3. CLes données deviennent plus fiables à chaque fois, si bien que le dernier test est le plus exact
  4. DLa taille d'effet diminue à chaque test
3.Statistique descriptiveMoyen
152025303540

Trouve l'écart-type d'échantillon s des données : 44, 22, 24, 30, 32, 12.

n = 6
s =
4.Statistique descriptiveDifficile
z −2−1012

Une grandeur suit une loi normale de moyenne 60 et d'écart-type 20. Quelle proportion P des valeurs est inférieure à 50 ?

μ = 60σ = 20x = 50
P =
5.ProbabilitésMoyen
P(au moins un six) = ??1?2?3?4P(six) = 1/6 à chaque lancer

On lance un dé équilibré 4 fois. Quelle est la probabilité P d'obtenir au moins un six ?

n = 4
P =
6.ProbabilitésDifficile
xp(x)00,210,320,0530,240,25μ

X a la loi indiquée, et Y = 0,5X + 4. Trouvez l’écart-type σY de Y.

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0,2, 0,3, 0,05, 0,2, 0,25Y = 0,5X + 4
σY =
7.Loi normaleMoyen
171190,6P = ?

On suppose que les tailles des hommes adultes suivent une loi normale de moyenne 178 cm et d’écart-type 7 cm. Quelle proportion se situe entre 171 et 190,6 cm ? Donnez P sous forme décimale.

μ = 178σ = 7x1 = 171x2 = 190,6
P =
8.Loi normaleDifficile
35455565758595pointshaut 60%

Les les notes d’un examen suivent une loi normale de moyenne 65 points et d’écart type 10 points. Faites glisser le seuil pour que les 60 % les plus élevés (zone colorée) soient à sa droite. Trouvez le seuil x.

μ = 65 pointsσ = 10 points60%
x = points
9.Intervalles de confianceMoyen
n = 13, s = 15,5LU = ?x̄ = 98,5E99%

Un échantillon de 13 éléments a une moyenne de 98,5 et un écart-type s = 15,5. La population est approximativement normale. Trouvez la borne supérieure de l’intervalle de confiance à 99 % pour la moyenne.

n = 13x̄ = 98,5s = 15,599%t(12) = 3,055
borne supérieure =
10.Intervalles de confianceDifficile
σ = 30, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 199%

L’écart-type de la population est 30. 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 1 ?

σ = 30E = 199%
n =
11.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceMoyen
−1,961,96z = ?

Deux lignes de production fabriquent la même pièce. Ligne 1 : un échantillon de 100 pièces a une longueur moyenne de 145 mm, et l’écart-type connu de la ligne vaut 5 mm. Ligne 2 : un échantillon de 50 pièces a une moyenne de 141,6 mm, écart-type connu 10 mm. Trouvez la statistique de test z pour H₀ : μ₁ = μ₂, en prenant la différence x̄₁ − x̄₂ (ligne 1 moins ligne 2).

n₁ = 100x̄₁ = 145 mmσ₁ = 5 mmn₂ = 50x̄₂ = 141,6 mmσ₂ = 10 mm
z =
12.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceDifficile
−1,961,96z = ?

Dans un essai, 63 patients sur 250 sous traitement A guérissent, et 36 sur 200 sous traitement B. En utilisant la proportion commune, trouvez la statistique de test z pour H₀ : p₁ = p₂.

x₁ = 63n₁ = 250x₂ = 36n₂ = 200
z =
13.Régression linéaire et corrélationMoyen
xy125222322420521619xy246202224

Le tableau donne 6 observations appariées de x = âge de la voiture en années et y = prix en k€. Leurs sommes sont données. Trouvez le coefficient de corrélation de Pearson r à partir de ces sommes.

n = 6Σx = 21Σy = 129Σx² = 91Σy² = 2795Σxy = 434
r =
14.Régression linéaire et corrélationDifficile
xy125218317413514xy24152025x = 3,5

Le tableau donne 5 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. On fait une nouvelle observation (3,5, 18). Trouvez son résidu e = y − ŷ.

n = 5(3,5, 18)
e =
15.Tests du khi-deuxMoyen
faiblemoyenélevéTotalurbain12112649rural36422199Total485347148

Le tableau de contingence indique les effectifs observés. Pour un test d’indépendance du khi-deux, trouvez l’effectif attendu E de la case « urbain, faible ».

total de la ligne = 49total de la colonne = 48N = 148
E =
16.Tests du khi-deuxDifficile
ouinonTotal18–30 ans25154031–50 ans34468051 ans et plus211940Total8080160dfα = 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 · 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

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

Réponse: A · La probabilité d'au moins un faux positif dépasse largement 5%

Pourquoi c'est la réponse

Avec neuf tests indépendants, la probabilité d'au moins une erreur de type I est d'environ 1 − 0,95⁹ ≈ 37%. Des corrections comme celle de Bonferroni y remédient.

Réponse

A · La probabilité d'au moins un faux positif dépasse largement 5%
3.Statistique descriptive

Réponse: s = 10,78

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 = 164/6 = 27,33

Écarts au carré

Σ(x − x̄)² = 16,67² + (−5,333)² + (−3,333)² + 2,667² + 4,667² + (−15,33)² = 581,3

Écart-type

s = √(581,3/5) = 10,78

Réponse

s = 10,78
4.Statistique descriptive

Réponse: P = 0,3085

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 = −0,5

Table de la loi normale

Φ(−0,5) = 0,3085
P = 0,3085

Réponse

P = 0,3085
5.Probabilités

Réponse: P = 0,5177

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.

Complémentaire

P(aucun six) = (5/6)4 = 0,4823
P = 1 − 0,4823 = 0,5177

Réponse

P = 0,5177
6.Probabilités

Réponse: σY = 0,7583

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 = 2, Var(X) = 2,3, σX = 1,517

Changement linéaire

σY = |0,5|·1,517 = 0,7583

Réponse

σY = 0,7583

La moyenne, elle, se déplace : E(Y) = 0,5·2 + 4 = 5.

7.Loi normale

Réponse: P = 0,8054

Loi normale : transformez une valeur x en score z, z = (x − μ)/σ, qui compte le nombre d’écarts-types par rapport à la moyenne. Une table de z (ou Φ(z)) donne l’aire à gauche de z, c’est-à-dire P(X < x). L’aire à droite vaut 1 − Φ(z), et l’aire entre deux valeurs est la différence de leurs deux aires.

Scores z

z₁ = (171 − 178)/7 = −1
z₂ = (190,6 − 178)/7 = 1,8

Aire entre les deux valeurs

P = Φ(1,8) − Φ(−1) = 0,9641 − 0,1587 = 0,8054

Réponse

P = 0,8054
8.Loi normale

Réponse: x = 62,5 points

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) = 0,4

z d’après la table

z ≈ −0,25

Retour aux unités d’origine

x = 65 − 0,25·10 = 62,5 points

Réponse

x = 62,5 points
9.Intervalles de confiance

Réponse: borne supérieure = 111,6

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 = 12, t = 3,055

Marge d'erreur

E = 3,055·15,5/√13 = 13,13

Intervalle

98,5 ± 13,13 → [85,37, 111,6]

Réponse

borne supérieure = 111,6
10.Intervalles de confiance

Réponse: n = 5973

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 = (2,576·30/1)² = 5972

Arrondir vers le haut

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

n = 5973

Réponse

n = 5973
11.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: z = 2,267

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.

Erreur type de la différence

SE = √(5²/100 + 10²/50) = √2,25 = 1,5

Statistique de test

z = (145 − 141,6)/1,5 = 2,267

Réponse

z = 2,267

|z| > 1,96, donc H₀ est rejetée au seuil de 5 % (bilatéral).

12.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: z = 1,832

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.

Proportions des échantillons

p̂₁ = 63/250 = 0,252
p̂₂ = 36/200 = 0,18
p̂ = 99/450 = 0,22

Erreur type sous H₀

SE = √(0,22·0,78·(1/250 + 1/200)) = 0,0393

Statistique de test

z = (0,252 − 0,18)/0,0393 = 1,832

Réponse

z = 1,832

|z| < 1,96, donc H₀ n’est pas rejetée au seuil de 5 % (bilatéral).

13.Régression linéaire et corrélation

Réponse: r = −0,9022

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 = 434 − 21·129/6 = −17,5
Sxx = 91 − 21²/6 = 17,5
Syy = 2795 − 129²/6 = 21,5

Coefficient de corrélation

r = −17,5/√(17,5·21,5) = −0,9022

Réponse

r = −0,9022
14.Régression linéaire et corrélation

Réponse: e = 1,95

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 = 87/5 = 17,4

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −27

Droite de régression

b = −27/10 = −2,7
a = 17,4 − (−2,7)·3 = 25,5
ŷ = 25,5 − 2,7·x

Valeur prédite

ŷ = 25,5 + (−2,7)·3,5 = 16,05

Résidu

e = 18 − 16,05 = 1,95

Réponse

e = 1,95

Le point se trouve au-dessus de la droite.

15.Tests du khi-deux

Réponse: E = 15,89

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.

Effectif attendu

E = 49·48/148 = 15,89

Réponse

E = 15,89
16.Tests du khi-deux

Réponse: χ² = 4,4

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: 20, 20
31–50 ans: 40, 40
51 ans et plus: 20, 20

Statistique du khi-deux

χ² = (25 − 20)²/20 + (15 − 20)²/20 + (34 − 40)²/40 + (46 − 40)²/40 + (21 − 20)²/20 + (19 − 20)²/20
χ² = 4,4

Décision

df = 2, χ²crit = 5,991
4,4 < 5,991

Réponse

χ² = 4,4

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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