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 analyse de contenu, la fidélité inter-juges se vérifie :

  1. AEn demandant ensuite aux participants si le codage de leur matériel par le chercheur est correct
  2. BEn utilisant un plus grand échantillon de matériel
  3. CEn faisant coder le même matériel par deux chercheurs et en comparant les résultats
  4. DEn codant le matériel deux fois dans la même journée
2.Méthodes de recherche en psychologieDifficile

La « crise de la réplication » en psychologie désigne :

  1. ALa copie de questionnaires sans autorisation
  2. BL'obligation légale pour les revues de rejeter toute étude de réplication soumise
  3. CUne pénurie de participants pour les expériences
  4. DLe fait que de nombreux résultats publiés ne se reproduisent pas dans de nouvelles études
3.Statistique descriptiveMoyen
303540455055

Trouve l'écart-type d'échantillon s des données : 28, 48, 37, 52, 55, 50, 35.

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

Les notes d'un examen suivent une loi normale de moyenne 500 et d'écart-type 100. Trouve le score z z d'une note de 350.

μ = 500σ = 100x = 350
z =
5.ProbabilitésMoyen
xp(x)10,0520,2530,2540,350,15μ = 3,25

Pour la loi indiquée, trouvez l’écart-type σ de X.

x: 1, 2, 3, 4, 5p(x): 0,05, 0,25, 0,25, 0,3, 0,15
σ =
6.ProbabilitésDifficile
n = 5, p = 0,6: P(X = 1) = ?k012345

Un test comporte 5 QCM. Une étudiante qui répond au hasard a chaque réponse juste avec une probabilité 0,6, indépendamment. Quelle est la probabilité P d'avoir exactement 1 bonnes réponses ?

n = 5p = 0,6k = 1
P =
7.Loi normaleMoyen
−3−2−10123zaire colorée à droite de z = 0,7704

Faites glisser z pour que l’aire colorée sous la courbe normale centrée réduite, à droite de z, soit 0,7704. Trouvez z avec deux décimales.

A = 0,7704
z =
8.Loi normaleDifficile
μ = 32x = ?97,5%

On suppose que les délais de livraison suivent une loi normale de moyenne 32 min et d’écart-type 6 min. Trouvez la valeur x en dessous de laquelle se situent 97,5 % des valeurs (le 97,5e centile).

μ = 32σ = 6P = 97,5%
x = min
9.Intervalles de confianceMoyen
n = 12, s = 3L = ?Ux̄ = 78,5E99%

Un échantillon de 12 éléments a une moyenne de 78,5 et un écart-type s = 3. La population est approximativement normale. Trouvez la borne inférieure de l’intervalle de confiance à 99 % pour la moyenne.

n = 12x̄ = 78,5s = 399%t(11) = 3,106
borne inférieure =
10.Intervalles de confianceDifficile
σ = 39, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 395%

L’écart-type de la population est 39. Quelle taille d’échantillon n faut-il pour qu’un intervalle de confiance à 95 % pour la moyenne ait une marge d’erreur d’au plus 3 ?

σ = 39E = 395%
n =
11.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceMoyen
t −1,99801,998

Un échantillon de 64 étudiants a une note moyenne de 118,1 et un écart-type d'échantillon de 5. Calcule la statistique de test t pour H₀ : μ = 120.

μ₀ = 120x̄ = 118,1s = 5n = 64
t =
12.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceDifficile
z −1,64501,645

Un échantillon de 64 mesures a une moyenne de 498,4. L'écart-type de la population est 8. Trouve la borne supérieure U de l'intervalle de confiance à 90 % pour la moyenne.

x̄ = 498,4σ = 8n = 6490%
U =
13.Régression linéaire et corrélationMoyen
xy148352563773975xy5506070

Le tableau donne 5 observations appariées de x = heures de révision et y = note à l’examen. Trouvez le coefficient de corrélation de Pearson r.

n = 5
r =
14.Régression linéaire et corrélationDifficile
xy274146228261031xy510102030ŷ = 23

Le tableau donne 5 observations appariées de x = charge en kN et y = allongement en mm. Utilisez la droite des moindres carrés ŷ = a + b·x. Pour quelle valeur x la droite prédit-elle ŷ = 23 ?

n = 5ŷ = 23
x =
15.Tests du khi-deuxMoyen
ouinonTotalhommes4971120femmes116980Total60140200

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 = 2002 × 2
χ² =
16.Tests du khi-deuxDifficile
dfα = 0,05α = 0,0113,8416,63525,9919,21037,81511,34549,48813,277511,07015,086612,59216,812714,06718,475815,50720,090916,91921,6661018,30723,209

Un test d’indépendance du khi-deux est effectué sur un tableau de contingence de 2 lignes et 5 colonnes (sans compter les totaux). À l’aide de la table, trouvez la valeur critique χ²crit au seuil de signification α = 0,01.

α = 0,01
χ²crit =

3Solutions

1.Méthodes de recherche en psychologie

Réponse: C · En faisant coder le même matériel par deux chercheurs et en comparant les résultats

Pourquoi c'est la réponse

Si des codeurs indépendants produisent des codes similaires pour les mêmes données (accord ou corrélation élevés), la grille de codage est fidèle.

Réponse

C · En faisant coder le même matériel par deux chercheurs et en comparant les résultats
2.Méthodes de recherche en psychologie

Réponse: D · Le fait que de nombreux résultats publiés ne se reproduisent pas dans de nouvelles études

Pourquoi c'est la réponse

De grands projets de réplication ont trouvé que de nombreux effets étaient plus faibles ou absents, en lien avec le biais de publication, les petits échantillons et la flexibilité des analyses. La préinscription est l'une des réponses.

Réponse

D · Le fait que de nombreux résultats publiés ne se reproduisent pas dans de nouvelles études
3.Statistique descriptive

Réponse: s = 10,18

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 = 305/7 = 43,57

Écarts au carré

Σ(x − x̄)² = (−15,57)² + 4,429² + (−6,571)² + 8,429² + 11,43² + 6,429² + (−8,571)² = 621,7

Écart-type

s = √(621,7/6) = 10,18

Réponse

s = 10,18
4.Statistique descriptive

Réponse: z = −1,5

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 = (350 − 500)/100 = −1,5

Réponse

z = −1,5
5.Probabilités

Réponse: σ = 1,135

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 = 1·0,05 + 2·0,25 + 3·0,25 + 4·0,3 + 5·0,15 = 3,25

Moyenne des carrés

E(X²) = 1·0,05 + 4·0,25 + 9·0,25 + 16·0,3 + 25·0,15 = 11,85

Variance

Var(X) = 11,85 − 3,25² = 1,287
σ = √1,287 = 1,135

Réponse

σ = 1,135
6.Probabilités

Réponse: P = 0,0768

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) = 5·0,61·0,44 = 5·0,6·0,0256 = 0,0768

Réponse

P = 0,0768
7.Loi normale

Réponse: z = −0,74

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 − 0,7704 = 0,2296

Lire la table de z à l’envers

Trouvez 0,2296 dans la table et lisez z.

z = −0,74

Réponse

z = −0,74
8.Loi normale

Réponse: x = 43,76 min

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.

z du centile

Φ(z) = 0,975 → z = 1,96

Retour à x

x = 32 + 1,96·6 = 43,76 min

Réponse

x = 43,76 min
9.Intervalles de confiance

Réponse: borne inférieure = 75,81

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 = 11, t = 3,106

Marge d'erreur

E = 3,106·3/√12 = 2,69

Intervalle

78,5 ± 2,69 → [75,81, 81,19]

Réponse

borne inférieure = 75,81
10.Intervalles de confiance

Réponse: n = 650

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 = (1,96·39/3)² = 649,2

Arrondir vers le haut

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

n = 650

Réponse

n = 650
11.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: t = −3,04

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 = (118,1 − 120)/0,625 = −3,04

Réponse

t = −3,04
t0,025; df = 63 = 1,998

|t| > 1,998, donc H₀ est rejetée au seuil de 5 % (bilatéral).

12.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: U = 500

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 = 1,645·8/√64 = 1,645

Borne de l'intervalle

U = 498,4 + 1,645 = 500

Réponse

U = 500
13.Régression linéaire et corrélation

Réponse: r = 0,9791

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 = 311/5 = 62,2

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 150
Syy = Σ(y − ȳ)² = 586,8

Coefficient de corrélation

r = 150/√(40·586,8) = 0,9791

Réponse

r = 0,9791
14.Régression linéaire et corrélation

Réponse: x = 7

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 = 30/5 = 6
ȳ = 100/5 = 20

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 120

Droite de régression

b = 120/40 = 3
a = 20 − 3·6 = 2
ŷ = 2 + 3·x

Résoudre pour x

x = (23 − 2)/3 = 7

Réponse

x = 7
15.Tests du khi-deux

Réponse: χ² = 16,77

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

hommes: 120·60/200 = 36, 120·140/200 = 84
femmes: 80·60/200 = 24, 80·140/200 = 56

Statistique du khi-deux

χ² = (49 − 36)²/36 + (71 − 84)²/84 + (11 − 24)²/24 + (69 − 56)²/56
χ² = 16,77

Réponse

χ² = 16,77

df = 1. Pour α = 0,05, la valeur critique vaut 3,841 ; H₀ (indépendance) est donc rejetée.

16.Tests du khi-deux

Réponse: χ²crit = 13,28

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 = (2 − 1)·(5 − 1) = 4

Table

χ²crit(df = 4, α = 0,01) = 13,277

Réponse

χ²crit = 13,277

Rejetez H₀ si le χ² calculé est supérieur à cette valeur.

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