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 étudie l'effet du genre sur des scores de mémoire. Pourquoi s'agit-il d'une quasi-expérience plutôt que d'une véritable expérience ?

  1. ALa VI est une caractéristique préexistante, les participants ne peuvent donc pas y être répartis au hasard
  2. BIl n'y a que deux conditions, et une véritable expérience exige au moins trois niveaux de la VI
  3. CL'étude se déroule en laboratoire
  4. DLa VD n'est pas mesurée
2.Méthodes de recherche en psychologieDifficile

La « crise de la réplication » en psychologie désigne :

  1. ALe fait que de nombreux résultats publiés ne se reproduisent pas dans de nouvelles études
  2. BUne pénurie de participants pour les expériences
  3. CLa copie de questionnaires sans autorisation
  4. DL'obligation légale pour les revues de rejeter toute étude de réplication soumise
3.Statistique descriptiveMoyen
152025303540455055

Trouve l'écart-type d'échantillon s des données : 23, 19, 22, 56, 30, 15, 32.

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

Une grandeur suit une loi normale de moyenne 50 et d'écart-type 8. Quelle proportion P des valeurs est supérieure à 34 ?

μ = 50σ = 8x = 34
P =
5.ProbabilitésMoyen
n = 12k = 4N = ?

De combien de façons N peut-on choisir un comité de 4 personnes parmi un groupe de 12 ? L'ordre ne compte pas.

n = 12k = 4
N =
6.ProbabilitésDifficile
€p(x)−30,7960,2270,01

Un jeu coûte 3 € pour jouer. Vous gagnez 9 € avec la probabilité 0,2 et 30 € avec la probabilité 0,01 ; sinon vous ne gagnez rien. La mise n’est pas remboursée. Trouvez le gain net espéré E(G) par partie.

mise = €3€9: p = 0,2€30: p = 0,01
E(G) = €
7.Loi normaleMoyen
192 kg188,8 kgT = X₁ + … + X₁₆?

Les masses de caisses sont indépendantes et normales, de moyenne 12 kg et d’écart-type 0,8 kg. Trouvez la probabilité P que la masse totale de 16 d’entre eux dépasse 188,8 kg. Arrondissez z à deux décimales.

μ = 12 kgσ = 0,8 kgn = 16> 188,8 kg
P =
8.Loi normaleDifficile
10 cm0X − Y?

Les tailles X des hommes et Y des femmes d’un groupe sont indépendantes et normales : X a pour moyenne 180 cm et pour écart-type 10 cm, Y a pour moyenne 170 cm et pour écart-type 12 cm. Trouvez la probabilité P que X soit supérieure à Y. Arrondissez z à deux décimales.

μX = 180 cm, σX = 10 cmμY = 170 cm, σY = 12 cm
P =
9.Intervalles de confianceMoyen
x̄E₁ = 7,799%, n = 25x̄E₂ = ?95%, n = 25

Un intervalle de confiance à 99 % pour une moyenne, fondé sur 25 observations et un σ connu, a une marge d’erreur de 7,7. Quelle est la marge d’erreur E₂ d’un intervalle à 95 % obtenu avec les mêmes données ?

99%n₁ = 25E₁ = 7,795%
E₂ =
10.Intervalles de confianceDifficile
p = 0,5, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0,02590%

On ne sait rien à l’avance sur la proportion de produits défectueux. Combien de produits n faut-il contrôler pour qu’un intervalle de confiance à 90 % pour la proportion ait une marge d’erreur d’au plus 0,025 ?

p = 0,5E = 0,02590%
n =
11.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceMoyen
t −2,06402,064

Un échantillon de 25 étudiants a une note moyenne de 195,8 et un écart-type d'échantillon de 15. Calcule la statistique de test t pour H₀ : μ = 200.

μ₀ = 200x̄ = 195,8s = 15n = 25
t =
12.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceDifficile
σ = 4, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 2,599%

Quelle taille doit avoir un échantillon pour que l'intervalle de confiance à 99 % d'une moyenne ait une marge d'erreur d'au plus 2,5 ? L'écart-type est 4. Trouve la plus petite taille d'échantillon n.

σ = 4E = 2,599%
n =
13.Régression linéaire et corrélationMoyen
xy2541161782010261228xy510102030

Le tableau donne 6 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 = 6
r² =
14.Régression linéaire et corrélationDifficile
xy25847268781031012112135xy510100ŷ = 80

Le tableau donne 6 observations appariées de x = heures de révision et y = note à l’examen. Utilisez la droite des moindres carrés ŷ = a + b·x. Pour quelle valeur x la droite prédit-elle ŷ = 80 ?

n = 6ŷ = 80
x =
15.Tests du khi-deuxMoyen
ouinonTotalhommes4852100femmes602080Total10872180

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’ajustement du khi-deux vérifie si les effectifs de 8 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: A · La VI est une caractéristique préexistante, les participants ne peuvent donc pas y être répartis au hasard

Pourquoi c'est la réponse

Dans une quasi-expérience, la VI est une différence naturelle entre les personnes. Sans répartition aléatoire, d'autres différences entre les groupes peuvent confondre les résultats.

Réponse

A · La VI est une caractéristique préexistante, les participants ne peuvent donc pas y être répartis au hasard
2.Méthodes de recherche en psychologie

Réponse: A · 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

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

Réponse: s = 13,63

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 = 197/7 = 28,14

Écarts au carré

Σ(x − x̄)² = (−5,143)² + (−9,143)² + (−6,143)² + 27,86² + 1,857² + (−13,14)² + 3,857² = 1115

Écart-type

s = √(1115/6) = 13,63

Réponse

s = 13,63
4.Statistique descriptive

Réponse: P = 0,9772

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 = −2

Table de la loi normale

Φ(−2) = 0,02275
P = 1 − 0,02275 = 0,9772

Réponse

P = 0,9772
5.Probabilités

Réponse: N = 495

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(12, 4) = (12·11·10·9)/(4·3·2·1) = 495

Réponse

N = 495
6.Probabilités

Réponse: E(G) = −0,9 €

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: 6 (p = 0,2), 27 (p = 0,01), −3 (p = 0,79)

Espérance

E(G) = 6·0,2 + 27·0,01 − 3·0,79 = −0,9 €

Réponse

E(G) = −0,9 €

Une valeur négative signifie que vous perdez de l’argent en moyenne.

7.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 du total

μT = 192 kg, σT = 0,8·√16 = 3,2 kg

Centrer-réduire

z = (188,8 − 192)/3,2 = −1

Probabilités

P = 1 − Φ(−1) = 0,8413

Réponse

P = 0,8413
8.Loi normale

Réponse: P = 0,7389

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 = 180 − 170 = 10 cm, σ = 15,62 cm

Centrer-réduire

z = (0 − 10)/15,62 = −0,64

Probabilités

P = 1 − Φ(−0,64) = 0,7389

Réponse

P = 0,7389
9.Intervalles de confiance

Réponse: E₂ = 5,859

Confidence interval for a mean: x̄ ± margin of error. With a known population σ the margin is z·σ/√n; with only the sample standard deviation s, use t with n − 1 degrees of freedom: t·s/√n. Critical values: z = 1,645 (90%), 1,96 (95%), 2,576 (99%). To get a margin E or smaller, you need n ≥ (z·σ/E)², rounded up.

Rapport des marges

E₂/E₁ = (1,96/2,576)·√(25/25) = 0,7609

Nouvelle marge

E₂ = 7,7·0,7609 = 5,859

Réponse

E₂ = 5,859
10.Intervalles de confiance

Réponse: n = 1083

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 = 1,645²·0,5·0,5/0,025² = 1082

Arrondir vers le haut

n = 1083

Réponse

n = 1083
11.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: t = −1,4

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 = 15/√25 = 15/5 = 3

Statistique de test

t = (195,8 − 200)/3 = −1,4

Réponse

t = −1,4
t0,025; df = 24 = 2,064

|t| < 2.064, donc H₀ n’est pas rejetée au seuil de 5 % (bilatéral).

12.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: n = 17

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 = (2,576·4/2,5)² = 16,99

Arrondir vers le haut

n = 17

Réponse

n = 17
13.Régression linéaire et corrélation

Réponse: r² = 0,9812

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 = 42/6 = 7
ȳ = 107/6 = 17,83

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 163
Syy = Σ(y − ȳ)² = 386,8

Coefficient de détermination

r² = 163²/(70·386,8) = 0,9812

Réponse

r² = 0,9812

Environ 98,12 % de la variation de y est expliquée par la droite.

14.Régression linéaire et corrélation

Réponse: x = 4,956

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 = 42/6 = 7
ȳ = 576/6 = 96

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 548

Droite de régression

b = 548/70 = 7,829
a = 96 − 7,829·7 = 41,2
ŷ = 41,2 + 7,829·x

Résoudre pour x

x = (80 − 41,2)/7,829 = 4,956

Réponse

x = 4,956
15.Tests du khi-deux

Réponse: χ² = 13,5

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: 100·108/180 = 60, 100·72/180 = 40
femmes: 80·108/180 = 48, 80·72/180 = 32

Statistique du khi-deux

χ² = (48 − 60)²/60 + (52 − 40)²/40 + (60 − 48)²/48 + (20 − 32)²/32
χ² = 13,5

Réponse

χ² = 13,5

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

16.Tests du khi-deux

Réponse: χ²crit = 12,59

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 = 8 − 1 − 1 = 6

Table

χ²crit(df = 6, α = 0,05) = 12,592

Réponse

χ²crit = 12,592

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

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