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

Une étude trouve une corrélation r = 0,05 entre la taille et le QI chez des basketteurs professionnels uniquement, alors qu'elle est plus élevée dans la population générale. Qu'est-ce qui explique le mieux cette faible corrélation ?

  1. AUn effet plafond des tests de QI
  2. BLa restriction de l'étendue
  3. CLes caractéristiques de la demande
  4. DLa régression vers la moyenne
3.Statistique descriptiveMoyen
1520253035404550

Trouve l'écart-type d'échantillon s des données : 47, 39, 29, 15, 46, 54.

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

Les notes d'un examen suivent une loi normale de moyenne 170 et d'écart-type 15. Trouve le score z z d'une note de 147,5.

μ = 170σ = 15x = 147,5
z =
5.ProbabilitésMoyen
xp(x)10,120,3530,340,25μ = 2,7

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

x: 1, 2, 3, 4p(x): 0,1, 0,35, 0,3, 0,25
σ =
6.ProbabilitésDifficile
xp(x)00,110,120,230,2540,35μ

X a la loi indiquée, et Y = −2X + 20. Trouvez l’écart-type σY de Y.

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0,1, 0,1, 0,2, 0,25, 0,35Y = −2X + 20
σY =
7.Loi normaleMoyen
750 g745,1 gX + Y?

X est normale de moyenne 250 g et d’écart-type 4 g ; Y est indépendante et normale de moyenne 500 g et d’écart-type 9 g. Trouvez la probabilité P que X + Y dépasse 745,1 g. Arrondissez z à deux décimales.

μX = 250, σX = 4μY = 500, σY = 9X + Y > 745,1 g
P =
8.Loi normaleDifficile
10 g0X − Y?

La masse X d’un produit de la ligne 1 et Y d’un produit de la ligne 2 sont indépendantes et normales : X a pour moyenne 500 g et pour écart-type 8 g, Y a pour moyenne 490 g et pour écart-type 6 g. Trouvez la probabilité P que X soit supérieure à Y. Arrondissez z à deux décimales.

μX = 500 g, σX = 8 gμY = 490 g, σY = 6 g
P =
9.Intervalles de confianceMoyen
n = 25, s = 8,5LUx̄ = 91,5E = ?99%

Un échantillon de 25 éléments a une moyenne de 91,5 et un écart-type s = 8,5. La population est approximativement normale. Trouvez la marge d’erreur E d’un intervalle de confiance à 99 % pour la moyenne.

n = 25x̄ = 91,5s = 8,599%t(24) = 2,797
E =
10.Intervalles de confianceDifficile
p ≈ 0,15, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0,0195%

Une étude pilote suggère qu’environ 0,15 des produits sont défectueux. Combien de produits n faut-il contrôler pour qu’un intervalle de confiance à 95 % pour la proportion ait une marge d’erreur d’au plus 0,01 ?

p ≈ 0,15E = 0,0195%
n =
11.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceMoyen
t −1,9901,99

Un échantillon de 81 étudiants a une note moyenne de 122,1 et un écart-type d'échantillon de 8. Calcule la statistique de test t pour H₀ : μ = 120.

μ₀ = 120x̄ = 122,1s = 8n = 81
t =
12.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceDifficile
z −2,57602,576

Un échantillon de 25 mesures a une moyenne de 73,2. L'écart-type de la population est 5. Trouve la borne supérieure U de l'intervalle de confiance à 99 % pour la moyenne.

x̄ = 73,2σ = 5n = 2599%
U =
13.Régression linéaire et corrélationMoyen
xy36657578991061111413126xy51080100120

Le tableau donne 6 observations appariées de x = heures de révision et y = note à l’examen. Trouvez le coefficient de corrélation de Pearson r.

n = 6
r =
14.Régression linéaire et corrélationDifficile
xy125223322416515612xy246152025x = 2,5

Le tableau donne 6 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 = 6x = 2,5
ŷ =
15.Tests du khi-deuxMoyen
ouinonTotalhommes344680femmes5664120Total90110200

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
réussiteéchecTotalusine A6931100usine B451560usine C8119100Total19565260dfα = 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 = 2603 × 2α = 0,05
χ² =

3Solutions

1.Méthodes de recherche en psychologie

Réponse: A · 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

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

Réponse: B · La restriction de l'étendue

Pourquoi c'est la réponse

Quand un échantillon ne couvre qu'une plage étroite d'une variable, les corrélations qui l'impliquent sont réduites. Les basketteurs sont tous grands, donc leur taille varie peu.

Réponse

B · La restriction de l'étendue
3.Statistique descriptive

Réponse: s = 14,22

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 = 230/6 = 38,33

Écarts au carré

Σ(x − x̄)² = 8,667² + 0,6667² + (−9,333)² + (−23,33)² + 7,667² + 15,67² = 1011

Écart-type

s = √(1011/5) = 14,22

Réponse

s = 14,22
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 = (147,5 − 170)/15 = −1,5

Réponse

z = −1,5
5.Probabilités

Réponse: σ = 0,9539

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 = 1·0,1 + 2·0,35 + 3·0,3 + 4·0,25 = 2,7

Moyenne des carrés

E(X²) = 1·0,1 + 4·0,35 + 9·0,3 + 16·0,25 = 8,2

Variance

Var(X) = 8,2 − 2,7² = 0,91
σ = √0,91 = 0,9539

Réponse

σ = 0,9539
6.Probabilités

Réponse: σY = 2,629

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 = 2,65, Var(X) = 1,728, σX = 1,314

Changement linéaire

σY = |−2|·1,314 = 2,629

Réponse

σY = 2,629

La moyenne, elle, se déplace : E(Y) = −2·2,65 + 20 = 14,7.

7.Loi normale

Réponse: P = 0,6915

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 de la somme

μ = 750 g, σ = √(4² + 9²) = 9,849 g

Centrer-réduire

z = (745,1 − 750)/9,849 = −0,5

Queue supérieure

P = 1 − Φ(−0,5) = 1 − 0,3085 = 0,6915

Réponse

P = 0,6915
8.Loi normale

Réponse: P = 0,8413

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 de la différence

μ = 500 − 490 = 10 g, σ = 10 g

Centrer-réduire

z = (0 − 10)/10 = −1

Probabilités

P = 1 − Φ(−1) = 0,8413

Réponse

P = 0,8413
9.Intervalles de confiance

Réponse: E = 4,755

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 = 24, t = 2,797

Marge d'erreur

E = 2,797·8,5/√25 = 4,755

Réponse

E = 4,755
10.Intervalles de confiance

Réponse: n = 4899

Confidence interval for a proportion: p̂ ± z·√(p̂(1 − p̂)/n), where p̂ = x/n. To reach a margin E you need n ≥ z²·p(1 − p)/E², rounded up; without a prior estimate use p = 0,5, which gives the largest n.

Résoudre pour n

n = 1,96²·0,15·0,85/0,01² = 4898

Arrondir vers le haut

n = 4899

Réponse

n = 4899
11.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: t = 2,362

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 = 8/√81 = 8/9 = 0,8889

Statistique de test

t = (122,1 − 120)/0,8889 = 2,362

Réponse

t = 2,362
t0,025; df = 80 = 1,99

|t| > 1,99, donc H₀ est rejetée au seuil de 5 % (bilatéral).

12.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: U = 75,78

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 = 2,576·5/√25 = 2,576

Borne de l'intervalle

U = 73,2 + 2,576 = 75,78

Réponse

U = 75,78
13.Régression linéaire et corrélation

Réponse: r = 0,9957

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 = 48/6 = 8
ȳ = 576/6 = 96

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 434
Syy = Σ(y − ȳ)² = 2714

Coefficient de corrélation

r = 434/√(70·2714) = 0,9957

Réponse

r = 0,9957
14.Régression linéaire et corrélation

Réponse: ŷ = 21,55

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 = 21/6 = 3,5
ȳ = 113/6 = 18,83

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −47,5

Droite de régression

b = −47,5/17,5 = −2,714
a = 18,83 − (−2,714)·3,5 = 28,33
ŷ = 28,33 − 2,714·x

Prédiction

ŷ = 28,33 + (−2,714)·2,5 = 21,55

Réponse

ŷ = 21,55
15.Tests du khi-deux

Réponse: χ² = 0,3367

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: 80·90/200 = 36, 80·110/200 = 44
femmes: 120·90/200 = 54, 120·110/200 = 66

Statistique du khi-deux

χ² = (34 − 36)²/36 + (46 − 44)²/44 + (56 − 54)²/54 + (64 − 66)²/66
χ² = 0,3367

Réponse

χ² = 0,3367

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 = 3,84

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

usine A: 75, 25
usine B: 45, 15
usine C: 75, 25

Statistique du khi-deux

χ² = (69 − 75)²/75 + (31 − 25)²/25 + (45 − 45)²/45 + (15 − 15)²/15 + (81 − 75)²/75 + (19 − 25)²/25
χ² = 3,84

Décision

df = 2, χ²crit = 5,991
3,84 < 5,991

Réponse

χ² = 3,84

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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