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

Les caractéristiques de la demande sont :

  1. ALes caractéristiques de l'échantillon
  2. BLes exigences formelles d'un comité d'éthique avant qu'une étude puisse commencer
  3. CDes indices qui amènent les participants à deviner l'objectif et à modifier leur comportement
  4. DLes conditions statistiques d'un test
2.Méthodes de recherche en psychologieDifficile

Un chercheur mesure l'effet du bruit sur la concentration. Les participants de la condition bruit ont été testés le matin et ceux de la condition calme l'après-midi. Quel est le problème ?

  1. ALe moment de la journée est une variable confondante
  2. BLes données sont de niveau nominal
  3. CL'étude comporte trop de conditions
  4. DLe moment de la journée est la variable dépendante
3.Statistique descriptiveMoyen
152025303540455055

Trouve l'écart-type d'échantillon s des données : 49, 15, 55, 56, 29, 31, 11.

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

Une grandeur suit une loi normale de moyenne 170 et d'écart-type 20. Quelle proportion P des valeurs est inférieure à 160 ?

μ = 170σ = 20x = 160
P =
5.ProbabilitésMoyen
rouges: 4bleues: 4

Un sac contient 4 boules rouges et 4 bleues. Tu tires deux boules sans remettre la première. Quelle est la probabilité P que les deux soient rouges ?

4 / 4
P =
6.ProbabilitésDifficile
€p(x)−100,73400,254900,02

Un jeu coûte 10 € pour jouer. Vous gagnez 50 € avec la probabilité 0,25 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 = 0,25€500: p = 0,02
E(G) = €
7.Loi normaleMoyen
250 kg253,2 kgT = X₁ + … + X₁₀?

Les masses de sacs de ciment sont indépendantes et normales, de moyenne 25 kg et d’écart-type 0,5 kg. Trouvez la probabilité P que la masse totale de 10 d’entre eux soit inférieure à 253,2 kg. Arrondissez z à deux décimales.

μ = 25 kgσ = 0,5 kgn = 10< 253.2 kg
P =
8.Loi normaleDifficile
235240245250255260265ghaut 60%

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 60 % les plus élevés (zone colorée) soient à sa droite. Trouvez le seuil x.

μ = 250 gσ = 5 g60%
x = g
9.Intervalles de confianceMoyen
n = 9, sd​ = 2,10L = ?Ud̄ = 5,8E99%

On mesure la tension artérielle de 9 patients avant et après un traitement. Les différences d = avant − après (mmHg) ont une moyenne de 5,8 et un écart-type de 2,1. Trouvez la borne inférieure de l’intervalle de confiance à 99 % pour la différence moyenne.

n = 9d̄ = 5,8sd = 2,199%t(8) = 3,355
borne inférieure = mmHg
10.Intervalles de confianceDifficile
σ = 18, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 2,590%

L’écart-type de la population est 18. Quelle taille d’échantillon n faut-il pour qu’un intervalle de confiance à 90 % pour la moyenne ait une marge d’erreur d’au plus 2,5 ?

σ = 18E = 2,590%
n =
11.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceMoyen
t −2,0302,03

Un échantillon de 36 étudiants a une note moyenne de 92,67 et un écart-type d'échantillon de 20. Calcule la statistique de test t pour H₀ : μ = 100.

μ₀ = 100x̄ = 92,67s = 20n = 36
t =
12.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceDifficile
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 2,5α = 0,05βσ = 14, puissance 90%, n = ?

Un test z unilatéral au seuil α = 0,05 doit détecter un décalage de la moyenne de 2,5 unités avec une puissance de 90 %. L’écart-type vaut 14. Trouvez la taille d’échantillon minimale n.

α = 0,05puissance = 90%δ = 2,5σ = 14zα = 1,645zβ = 1,282
n =
13.Régression linéaire et corrélationMoyen
xy27496138121017xy5101015

Le tableau donne 5 observations appariées de x = charge en kN et y = allongement en mm. Trouvez le coefficient de détermination r² de la droite des moindres carrés.

n = 5
r² =
14.Régression linéaire et corrélationDifficile
xy121220319414516xy241520x = 2,5

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. Prédisez ŷ pour x = 2,5.

n = 5x = 2,5
ŷ =
15.Tests du khi-deuxMoyen
ouinonTotalhommes5664120femmes431760Total9981180

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
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 · Des indices qui amènent les participants à deviner l'objectif et à modifier leur comportement

Pourquoi c'est la réponse

Quand les participants devinent l'hypothèse, ils peuvent agir pour la confirmer ou la saboter, ce qui menace la validité. La tromperie et les procédures en aveugle réduisent ce problème.

Réponse

C · Des indices qui amènent les participants à deviner l'objectif et à modifier leur comportement
2.Méthodes de recherche en psychologie

Réponse: A · Le moment de la journée est une variable confondante

Pourquoi c'est la réponse

Comme le bruit et l'heure du test varient ensemble, toute différence peut être due à l'un ou à l'autre. Répartir au hasard les heures de test ou maintenir l'heure constante éliminerait la variable confondante.

Réponse

A · Le moment de la journée est une variable confondante
3.Statistique descriptive

Réponse: s = 18,55

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 = 246/7 = 35,14

Écarts au carré

Σ(x − x̄)² = 13,86² + (−20,14)² + 19,86² + 20,86² + (−6,143)² + (−4,143)² + (−24,14)² = 2065

Écart-type

s = √(2065/6) = 18,55

Réponse

s = 18,55
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 = 0,2143

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.

Premier et second tirage

P = 4/8 · 3/7 = 12/56 = 0,2143

Réponse

P = 0,2143
6.Probabilités

Réponse: E(G) = 12,5 €

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 = 0,25), 490 (p = 0,02), −10 (p = 0,73)

Espérance

E(G) = 40·0,25 + 490·0,02 − 10·0,73 = 12,5 €

Réponse

E(G) = 12,5 €

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

7.Loi normale

Réponse: P = 0,9783

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 du total

μT = 250 kg, σT = 0,5·√10 = 1,581 kg

Centrer-réduire

z = (253,2 − 250)/1,581 = 2,02

Probabilités

P = Φ(2,02) = 0,9783

Réponse

P = 0,9783
8.Loi normale

Réponse: x = 248,8 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) = 0,4

z d’après la table

z ≈ −0,25

Retour aux unités d’origine

x = 250 − 0,25·5 = 248,8 g

Réponse

x = 248,8 g
9.Intervalles de confiance

Réponse: borne inférieure = 3,451 mmHg

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.

Valeur critique

df = 8, t = 3,355

Marge d'erreur

E = 3,355·2,1/√9 = 2,349

Intervalle

5,8 ± 2,349 → [3,451, 8,149]

Réponse

borne inférieure = 3,451 mmHg
10.Intervalles de confiance

Réponse: n = 141

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 = (1,645·18/2,5)² = 140,3

Arrondir vers le haut

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

n = 141

Réponse

n = 141
11.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: t = −2,199

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 = 20/√36 = 20/6 = 3,333

Statistique de test

t = (92,67 − 100)/3,333 = −2,199

Réponse

t = −2,199
t0,025; df = 35 = 2,03

|t| > 2,03, donc H₀ est rejetée au seuil de 5 % (bilatéral).

12.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: n = 269

Taille d’échantillon pour un test : pour détecter un vrai décalage δ avec une puissance 1 − β dans un test z unilatéral au seuil α, l’erreur type doit vérifier δ = (z_α + z_β)·σ/√n, donc n = ((z_α + z_β)·σ/δ)², arrondi à l’entier supérieur.

Résoudre pour n

n = ((1,645 + 1,282)·14/2,5)² = 268,7

Arrondir vers le haut

n = 269

Réponse

n = 269
13.Régression linéaire et corrélation

Réponse: r² = 0,8936

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 = 58/5 = 11,6

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 46
Syy = Σ(y − ȳ)² = 59,2

Coefficient de détermination

r² = 46²/(40·59,2) = 0,8936

Réponse

r² = 0,8936

Environ 89,36 % de la variation de y est expliquée par la droite.

14.Régression linéaire et corrélation

Réponse: ŷ = 18,8

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 = 90/5 = 18

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −16

Droite de régression

b = −16/10 = −1,6
a = 18 − (−1,6)·3 = 22,8
ŷ = 22,8 − 1,6·x

Prédiction

ŷ = 22,8 + (−1,6)·2,5 = 18,8

Réponse

ŷ = 18,8
15.Tests du khi-deux

Réponse: χ² = 10,1

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: 120·99/180 = 66, 120·81/180 = 54
femmes: 60·99/180 = 33, 60·81/180 = 27

Statistique du khi-deux

χ² = (56 − 66)²/66 + (64 − 54)²/54 + (43 − 33)²/33 + (17 − 27)²/27
χ² = 10,1

Réponse

χ² = 10,1

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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