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 chercheur veut tester s'il existe une association entre le genre (homme/femme) et le genre de film préféré (quatre catégories). Quel test est approprié ?

  1. ALe test t pour échantillons appariés
  2. BLa corrélation de Pearson
  3. CLe test du khi-deux d'indépendance
  4. DL'ANOVA à un facteur
2.Méthodes de recherche en psychologieDifficile

Une étude montre qu'un questionnaire est fortement corrélé à un test reconnu du même construit. Cela appuie :

  1. ALa validité concourante
  2. BLa fidélité test-retest
  3. CLa validité apparente
  4. DLa validité écologique
3.Statistique descriptiveMoyen
15202530354045505560

Trouve l'écart-type d'échantillon s des données : 50, 60, 22, 20, 26, 35, 13.

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 75. Trouve le score z z d'une note de 612,5.

μ = 500σ = 75x = 612,5
z =
5.ProbabilitésMoyen
n = 13k = 4N = ?

De combien de façons N peut-on choisir un comité de 4 personnes parmi un groupe de 13 ? L'ordre ne compte pas.

n = 13k = 4
N =
6.ProbabilitésDifficile
n = 12, p = 0,3: P(X = 5) = ?k0123456789101112

Un test comporte 12 QCM. Une étudiante qui répond au hasard a chaque réponse juste avec une probabilité 0,3, indépendamment. Quelle est la probabilité P d'avoir exactement 5 bonnes réponses ?

n = 12p = 0,3k = 5
P =
7.Loi normaleMoyen
22,738P = ?

On suppose que les délais de livraison suivent une loi normale de moyenne 32 min et d’écart-type 6 min. Quelle proportion se situe entre 22,7 et 38 min ? Donnez P sous forme décimale.

μ = 32σ = 6x1 = 22,7x2 = 38
P =
8.Loi normaleDifficile
μ = 32x = ?75%

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 75 % des valeurs (le 75e centile).

μ = 32σ = 6P = 75%
x = min
9.Intervalles de confianceMoyen
n = 6, s = 9LUx̄ = 38,5E = ?99%

Un échantillon de 6 éléments a une moyenne de 38,5 et un écart-type s = 9. La population est approximativement normale. Trouvez la marge d’erreur E d’un intervalle de confiance à 99 % pour la moyenne.

n = 6x̄ = 38,5s = 999%t(5) = 4,032
E =
10.Intervalles de confianceDifficile
σ = 27, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 395%

L’écart-type de la population est 27. 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 = 27E = 395%
n =
11.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceMoyen
−2,4472,447t = ?df = 6

7 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 6,2 et l’écart-type des différences 8,2. Trouvez la statistique du test apparié t pour H₀ : μd = 0.

n = 7d̄ = 6,2sd = 8,2
t =
12.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceDifficile
z −1,64501,645

Un échantillon de 100 mesures a une moyenne de 74,9. L'écart-type de la population est 12. Trouve la borne inférieure L de l'intervalle de confiance à 90 % pour la moyenne.

x̄ = 74,9σ = 12n = 10090%
L =
13.Régression linéaire et corrélationMoyen
xy156118782195241092711330126xy15202530100

Le tableau donne 6 observations appariées de x = température en °C et y = glaces vendues. Trouvez le coefficient de détermination r² de la droite des moindres carrés.

n = 6
r² =
14.Régression linéaire et corrélationDifficile
xy2134186278361042xy510203040ŷ = 39

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 = 39 ?

n = 5ŷ = 39
x =
15.Tests du khi-deuxMoyen
sans défautmineurmajeurTotaléquipe de jour31131660équipe de nuit1912940Total502525100

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 = 1002 × 3
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’ajustement du khi-deux vérifie si les effectifs de 5 catégories suivent une loi de Poisson dont la moyenne est estimée à partir des mêmes données. À l’aide de la table, trouvez la valeur critique χ²crit au seuil de signification α = 0,05.

α = 0,05
χ²crit =

3Solutions

1.Méthodes de recherche en psychologie

Réponse: C · Le test du khi-deux d'indépendance

Pourquoi c'est la réponse

Le test du khi-deux compare les fréquences observées aux fréquences attendues dans un tableau de contingence pour tester si deux variables catégorielles sont associées.

Réponse

C · Le test du khi-deux d'indépendance
2.Méthodes de recherche en psychologie

Réponse: A · La validité concourante

Pourquoi c'est la réponse

La validité concourante est établie quand une nouvelle mesure concorde avec une mesure reconnue prise à peu près au même moment.

Réponse

A · La validité concourante
3.Statistique descriptive

Réponse: s = 17,11

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 = 226/7 = 32,29

Écarts au carré

Σ(x − x̄)² = 17,71² + 27,71² + (−10,29)² + (−12,29)² + (−6,286)² + 2,714² + (−19,29)² = 1757

Écart-type

s = √(1757/6) = 17,11

Réponse

s = 17,11
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 = (612,5 − 500)/75 = 1,5

Réponse

z = 1,5
5.Probabilités

Réponse: N = 715

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(13, 4) = (13·12·11·10)/(4·3·2·1) = 715

Réponse

N = 715
6.Probabilités

Réponse: P = 0,1585

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 = 5) = 792·0,35·0,77 = 792·0,00243·0,08235 = 0,1585

Réponse

P = 0,1585
7.Loi normale

Réponse: P = 0,7808

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 = (22,7 − 32)/6 = −1,55
z₂ = (38 − 32)/6 = 1

Aire entre les deux valeurs

P = Φ(1) − Φ(−1,55) = 0,8413 − 0,06057 = 0,7808

Réponse

P = 0,7808
8.Loi normale

Réponse: x = 36,05 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) = 0,75 → z = 0,6745

Retour à x

x = 32 + 0,6745·6 = 36,05 min

Réponse

x = 36,05 min
9.Intervalles de confiance

Réponse: E = 14,81

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 = 5, t = 4,032

Marge d'erreur

E = 4,032·9/√6 = 14,81

Réponse

E = 14,81
10.Intervalles de confiance

Réponse: n = 312

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 = (1,96·27/3)² = 311,2

Arrondir vers le haut

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

n = 312

Réponse

n = 312
11.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: t = 2

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 = 8,2/√7 = 3,099

Statistique de test

t = 6,2/3,099 = 2

Réponse

t = 2

Avec df = 6, la valeur critique bilatérale à 5 % vaut 2,447 ; |t| est plus petit, donc H₀ n’est pas rejetée.

12.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: L = 72,93

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 = 1,645·12/√100 = 1,974

Borne de l'intervalle

L = 74,9 − 1,974 = 72,93

Réponse

L = 72,93
13.Régression linéaire et corrélation

Réponse: r² = 0,9704

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 = 135/6 = 22,5
ȳ = 582/6 = 97

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 157,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 666
Syy = Σ(y − ȳ)² = 2902

Coefficient de détermination

r² = 666²/(157,5·2902) = 0,9704

Réponse

r² = 0,9704

Environ 97,04 % de la variation de y est expliquée par la droite.

14.Régression linéaire et corrélation

Réponse: x = 9,105

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 = 136/5 = 27,2

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 152

Droite de régression

b = 152/40 = 3,8
a = 27,2 − 3,8·6 = 4,4
ŷ = 4,4 + 3,8·x

Résoudre pour x

x = (39 − 4,4)/3,8 = 9,105

Réponse

x = 9,105
15.Tests du khi-deux

Réponse: χ² = 0,9167

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

équipe de jour: 60·50/100 = 30, 60·25/100 = 15, 60·25/100 = 15
équipe de nuit: 40·50/100 = 20, 40·25/100 = 10, 40·25/100 = 10

Statistique du khi-deux

χ² = (31 − 30)²/30 + (13 − 15)²/15 + (16 − 15)²/15 + (19 − 20)²/20 + (12 − 10)²/10 + (9 − 10)²/10
χ² = 0,9167

Réponse

χ² = 0,9167

df = 2. Pour α = 0,05, la valeur critique vaut 5,991 ; H₀ (indépendance) est donc non rejetée.

16.Tests du khi-deux

Réponse: χ²crit = 7,815

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 = 5 − 1 − 1 = 3

Table

χ²crit(df = 3, α = 0,05) = 7,815

Réponse

χ²crit = 7,815

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

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