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

Dans une distribution normale, quel pourcentage approximatif des scores se situe à moins d'un écart-type de la moyenne ?

  1. A95%
  2. B99,7%
  3. C68%
  4. D50%
2.Méthodes de recherche en psychologieDifficile

Un chercheur veut montrer qu'une nouvelle échelle d'anxiété mesure autre chose que la dépression. De faibles corrélations avec une échelle de dépression appuieraient :

  1. ALa validité discriminante
  2. BLa validité apparente
  3. CLa validité convergente
  4. DLa validité prédictive
3.Statistique descriptiveMoyen
152025303540455055

Trouve l'écart-type d'échantillon s des données : 31, 14, 45, 45, 47, 56.

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

Les notes d'un examen suivent une loi normale de moyenne 100 et d'écart-type 10. Trouve le score z z d'une note de 95.

μ = 100σ = 10x = 95
z =
5.ProbabilitésMoyen
n = 10k = 5N = ?

De combien de façons N peut-on choisir un comité de 5 personnes parmi un groupe de 10 ? L'ordre ne compte pas.

n = 10k = 5
N =
6.ProbabilitésDifficile
n = 10, p = 0,1: P(X ≤ 1) = ?k012345678910

On teste 10 composants, chacun tombe en panne avec une probabilité 0,1, indépendamment. Quelle est la probabilité P qu'au plus un tombe en panne ?

n = 10p = 0,1
P =
7.Loi normaleMoyen
−3−2−10123zaire colorée entre −z et z = 0,4108

Faites glisser z pour que l’aire colorée entre −z et z sous la courbe normale centrée réduite soit 0,4108. Trouvez z avec deux décimales.

A = 0,4108
z =
8.Loi normaleDifficile
235240245250255260265gbas 25%

Les les masses des sachets suivent une loi normale de moyenne 250 g et d’écart type 5 g. Faites glisser le seuil pour que les 25 % les plus bas (zone colorée) soient à sa gauche. Trouvez le seuil x.

μ = 250 gσ = 5 g25%
x = g
9.Intervalles de confianceMoyen
μ₁ − μ₂0LUx̄₁ − x̄₂E = ?95%

On compare l’autonomie de la batterie de deux modèles de téléphone. Modèle 1 : 50 téléphones, moyenne 41 h, écart-type connu 9 h. Modèle 2 : 60 téléphones, moyenne 47 h, écart-type connu 7 h. Trouvez la marge d’erreur E de l’intervalle de confiance à 95 % pour μ₁ − μ₂.

n₁ = 50x̄₁ = 41 hσ₁ = 9 hn₂ = 60x̄₂ = 47 hσ₂ = 7 h95%
E = h
10.Intervalles de confianceDifficile
σ = 24, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 299%

L’écart-type de la population est 24. 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 2 ?

σ = 24E = 299%
n =
11.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceMoyen
−2,2282,228t = ?df = 10

11 employés passent un test de dactylographie avant et après une formation. Pour chaque personne, on relève la différence d = après − avant (mots par minute). La différence moyenne vaut 6,44 et l’écart-type des différences 8,9. Trouvez la statistique du test apparié t pour H₀ : μd = 0.

n = 11d̄ = 6,44sd = 8,9
t =
12.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceDifficile
σ = 20, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 195%

Quelle taille doit avoir un échantillon pour que l'intervalle de confiance à 95 % d'une moyenne ait une marge d'erreur d'au plus 1 ? L'écart-type est 20. Trouve la plus petite taille d'échantillon n.

σ = 20E = 195%
n =
13.Régression linéaire et corrélationMoyen
xy144616541866208322922491xy1520256080

Le tableau donne 6 observations appariées de x = température en °C et y = glaces vendues. Trouvez le coefficient de corrélation de Pearson r.

n = 6
r =
14.Régression linéaire et corrélationDifficile
xy340451553655760xy46405060ŷ = 58

Le tableau donne 5 observations appariées de x = dépenses publicitaires en k€ et y = ventes en k€. Utilisez la droite des moindres carrés ŷ = a + b·x. Pour quelle valeur x la droite prédit-elle ŷ = 58 ?

n = 5ŷ = 58
x =
15.Tests du khi-deuxMoyen
améliorénon amélioréTotalnouveau médicament3763100placebo354580Total72108180

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
réussiteéchecTotal18–30 ans97310031–50 ans22184051 ans et plus463480Total16555220dfα = 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 · 68%

Pourquoi c'est la réponse

Environ 68% des scores se situent à ±1 écart-type, environ 95% à ±2 écarts-types et environ 99,7% à ±3 écarts-types.

Réponse

C · 68%
2.Méthodes de recherche en psychologie

Réponse: A · La validité discriminante

Pourquoi c'est la réponse

La validité discriminante (divergente) est démontrée lorsqu'une mesure est faiblement corrélée à des mesures de construits différents. La validité convergente correspond à une forte corrélation avec des mesures du même construit.

Réponse

A · La validité discriminante
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 = 238/6 = 39,67

Écarts au carré

Σ(x − x̄)² = (−8,667)² + (−25,67)² + 5,333² + 5,333² + 7,333² + 16,33² = 1111

Écart-type

s = √(1111/5) = 14,91

Réponse

s = 14,91
4.Statistique descriptive

Réponse: z = −0,5

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 = (95 − 100)/10 = −0,5

Réponse

z = −0,5
5.Probabilités

Réponse: N = 252

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(10, 5) = (10·9·8·7·6)/(5·4·3·2·1) = 252

Réponse

N = 252
6.Probabilités

Réponse: P = 0,7361

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.

Zéro et une panne

P(X = 0) = 0,910 = 0,3487
P(X = 1) = 10·0,1·0,99 = 0,3874

Les additionner

P = 0,3487 + 0,3874 = 0,7361

Réponse

P = 0,7361
7.Loi normale

Réponse: z = 0,54

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 + 0,4108)/2 = 0,7054

Lire la table de z à l’envers

Trouvez 0,7054 dans la table et lisez z.

z = 0,54

Réponse

z = 0,54
8.Loi normale

Réponse: x = 246,7 g

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 = 250 − 0,67·5 = 246,7 g

Réponse

x = 246,7 g
9.Intervalles de confiance

Réponse: E = 3,06 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 = 41 − 47 = −6

Erreur type

SE = √(9²/50 + 7²/60) = 1,561

Marge d'erreur

E = 1,96·1,561 = 3,06

Réponse

E = 3,06 h

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

10.Intervalles de confiance

Réponse: n = 956

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 = (2,576·24/2)² = 955,6

Arrondir vers le haut

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

n = 956

Réponse

n = 956
11.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: t = 2,4

Testing a mean: the test statistic measures how many standard errors the sample mean lies from the value claimed in H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) when σ is known, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) when it is estimated from the sample. A confidence interval is x̄ ± (critical value)·(standard error).

Erreur type de la différence moyenne

SE = 8,9/√11 = 2,683

Statistique de test

t = 6,44/2,683 = 2,4

Réponse

t = 2,4

Avec df = 10, la valeur critique bilatérale à 5 % vaut 2,228 ; |t| est plus grand, donc H₀ est rejetée.

12.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: n = 1537

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).

Résoudre pour n

n = (1,96·20/1)² = 1537

Arrondir vers le haut

n = 1537

Réponse

n = 1537
13.Régression linéaire et corrélation

Réponse: r = 0,9716

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 = 432/6 = 72

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 356
Syy = Σ(y − ȳ)² = 1918

Coefficient de corrélation

r = 356/√(70·1918) = 0,9716

Réponse

r = 0,9716
14.Régression linéaire et corrélation

Réponse: x = 6,409

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 = 259/5 = 51,8

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 44

Droite de régression

b = 44/10 = 4,4
a = 51,8 − 4,4·5 = 29,8
ŷ = 29,8 + 4,4·x

Résoudre pour x

x = (58 − 29,8)/4,4 = 6,409

Réponse

x = 6,409
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

nouveau médicament: 100·72/180 = 40, 100·108/180 = 60
placebo: 80·72/180 = 32, 80·108/180 = 48

Statistique du khi-deux

χ² = (37 − 40)²/40 + (63 − 60)²/60 + (35 − 32)²/32 + (45 − 48)²/48
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 = 47,41

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: 75, 25
31–50 ans: 30, 10
51 ans et plus: 60, 20

Statistique du khi-deux

χ² = (97 − 75)²/75 + (3 − 25)²/25 + (22 − 30)²/30 + (18 − 10)²/10 + (46 − 60)²/60 + (34 − 20)²/20
χ² = 47,41

Décision

df = 2, χ²crit = 9,210
47,41 > 9,210

Réponse

χ² = 47,41

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

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