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

L'erreur type de la moyenne diminue lorsque :

  1. ALa taille de l'échantillon diminue
  2. BLa variable est mesurée à un niveau ordinal
  3. CLa moyenne augmente
  4. DLa taille de l'échantillon augmente
2.Méthodes de recherche en psychologieDifficile

Avec une échelle autodéclarative, on constate que les personnes qui approuvent beaucoup d'affirmations obtiennent un score élevé quel que soit le contenu. De quel biais de réponse s'agit-il, et comment le réduire ?

  1. ALes effets d'ordre ; contrebalancer les participants
  2. BLe biais d'acquiescement ; inclure des items formulés à l'envers
  3. CLe biais de désirabilité sociale ; utiliser un échantillon plus grand
  4. DLes caractéristiques de la demande ; utiliser un plan en double aveugle
3.Statistique descriptiveMoyen
15202530354045

Trouve l'écart-type d'échantillon s des données : 24, 25, 29, 21, 11, 30, 45.

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

Les notes d'un examen suivent une loi normale de moyenne 100 et d'écart-type 20. Trouve le score z z d'une note de 90.

μ = 100σ = 20x = 90
z =
5.ProbabilitésMoyen
xp(x)00,120,2540,360,35μ = 3,8

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

x: 0, 2, 4, 6p(x): 0,1, 0,25, 0,3, 0,35
σ =
6.ProbabilitésDifficile
xp(x)00,3510,320,35μ

X a la loi indiquée, et Y = 5X + 1. Trouvez l’écart-type σY de Y.

x: 0, 1, 2p(x): 0,35, 0,3, 0,35Y = 5X + 1
σY =
7.Loi normaleMoyen
−3−2−10123zaire colorée entre −z et z = 0,9476

Faites glisser z pour que l’aire colorée entre −z et z sous la courbe normale centrée réduite soit 0,9476. Trouvez z avec deux décimales.

A = 0,9476
z =
8.Loi normaleDifficile
0,04 mm0D − d?

Les diamètres D des alésages sont normaux de moyenne 25,04 mm et d’écart-type 0,015 mm. Les diamètres d des arbres sont indépendants et normaux de moyenne 25 mm et d’écart-type 0,02 mm. Un arbre choisi au hasard s’ajuste lorsque D − d > 0. Trouvez la probabilité P qu’il s’ajuste. Arrondissez z à deux décimales.

alésage: μ = 25,04 mm, σ = 0,015 mmarbre: μ = 25 mm, σ = 0,02 mm
P =
9.Intervalles de confianceMoyen
n = 7, s = 5,5L = ?Ux̄ = 27E99%

Un échantillon de 7 éléments a une moyenne de 27 et un écart-type s = 5,5. La population est approximativement normale. Trouvez la borne inférieure de l’intervalle de confiance à 99 % pour la moyenne.

n = 7x̄ = 27s = 5,599%t(6) = 3,707
borne inférieure =
10.Intervalles de confianceDifficile
σ = 30, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 490%

L’écart-type de la population est 30. 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 4 ?

σ = 30E = 490%
n =
11.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceMoyen
1,48p = ?

La moyenne d’une population est censée valoir 50 ; l’écart-type de la population est connu et vaut 12. Un échantillon aléatoire de 144 observations a une moyenne de 51,48. Testez H₀ : μ = 50 contre H₁ : μ > 50. Trouvez la valeur p p.

μ₀ = 50σ = 12n = 144x̄ = 51,48H₁: μ > μ₀
p =
12.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceDifficile
z −1,9601,96

Un échantillon de 64 mesures a une moyenne de 98,9. L'écart-type de la population est 4. Trouve la borne supérieure U de l'intervalle de confiance à 95 % pour la moyenne.

x̄ = 98,9σ = 4n = 6495%
U =
13.Régression linéaire et corrélationMoyen
xy147246355458558668xy246506070

Le tableau donne 6 observations appariées de x = dépenses publicitaires en k€ et y = ventes en k€. Trouvez le coefficient de détermination r² de la droite des moindres carrés.

n = 6
r² =
14.Régression linéaire et corrélationDifficile
xy1373475587599691179xy510406080ŷ = 59

Le tableau donne 6 observations appariées de x = dépenses publicitaires en k€ et y = ventes en k€. Utilisez la droite des moindres carrés ŷ = a + b·x. Pour quelle valeur x la droite prédit-elle ŷ = 59 ?

n = 6ŷ = 59
x =
15.Tests du khi-deuxMoyen
ouinonTotalhommes937100femmes334780Total12654180

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
réussiteéchecTotal18–30 ans32488031–50 ans633710051 ans et plus37340Total13288220dfα = 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 = 2203 × 2α = 0,05
χ² =

3Solutions

1.Méthodes de recherche en psychologie

Réponse: D · La taille de l'échantillon augmente

Pourquoi c'est la réponse

L'erreur type estime dans quelle mesure les moyennes d'échantillons varient autour de la moyenne de la population. Des échantillons plus grands donnent des estimations plus précises.

Réponse

D · La taille de l'échantillon augmente
2.Méthodes de recherche en psychologie

Réponse: B · Le biais d'acquiescement ; inclure des items formulés à l'envers

Pourquoi c'est la réponse

L'acquiescement est une tendance à approuver les items. Mélanger des items formulés positivement et négativement fait que tout approuver ne produit plus un score extrême.

Réponse

B · Le biais d'acquiescement ; inclure des items formulés à l'envers
3.Statistique descriptive

Réponse: s = 10,33

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 = 185/7 = 26,43

Écarts au carré

Σ(x − x̄)² = (−2,429)² + (−1,429)² + 2,571² + (−5,429)² + (−15,43)² + 3,571² + 18,57² = 639,7

Écart-type

s = √(639,7/6) = 10,33

Réponse

s = 10,33
4.Statistique descriptive

Réponse: z = −0,5

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 = (90 − 100)/20 = −0,5

Réponse

z = −0,5
5.Probabilités

Réponse: σ = 1,99

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 = 0·0,1 + 2·0,25 + 4·0,3 + 6·0,35 = 3,8

Moyenne des carrés

E(X²) = 0·0,1 + 4·0,25 + 16·0,3 + 36·0,35 = 18,4

Variance

Var(X) = 18,4 − 3,8² = 3,96
σ = √3,96 = 1,99

Réponse

σ = 1,99
6.Probabilités

Réponse: σY = 4,183

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 = 1, Var(X) = 0,7, σX = 0,8367

Changement linéaire

σY = |5|·0,8367 = 4,183

Réponse

σY = 4,183

La moyenne, elle, se déplace : E(Y) = 5·1 + 1 = 6.

7.Loi normale

Réponse: z = 1,94

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 + 0,9476)/2 = 0,9738

Lire la table de z à l’envers

Trouvez 0,9738 dans la table et lisez z.

z = 1,94

Réponse

z = 1,94
8.Loi normale

Réponse: P = 0,9452

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 = 25,04 − 25 = 0,04 mm, σ = 0,025 mm

Centrer-réduire

z = (0 − 0,04)/0,025 = −1,6

Probabilités

P = 1 − Φ(−1,6) = 0,9452

Réponse

P = 0,9452
9.Intervalles de confiance

Réponse: borne inférieure = 19,29

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 = 6, t = 3,707

Marge d'erreur

E = 3,707·5,5/√7 = 7,706

Intervalle

27 ± 7,706 → [19,29, 34,71]

Réponse

borne inférieure = 19,29
10.Intervalles de confiance

Réponse: n = 153

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 = (1,645·30/4)² = 152,2

Arrondir vers le haut

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

n = 153

Réponse

n = 153
11.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: p = 0,06944

Hypothesis test: the test statistic = (estimate − value under H₀)/(standard error under H₀). The p-value is the probability, assuming H₀ is true, of a statistic at least as extreme as the one observed: the area in one tail for a one-sided H₁, twice the tail area for a two-sided H₁. Reject H₀ when p ≤ α.

Statistique de test

SE = σ/√n = 12/√144 = 1
z = (51,48 − 50)/1 = 1,48

Aire de la queue

Φ(1,48) = 0,9306
1 − Φ(1,48) = 0,0694

Valeur p

p = 0,06944

Réponse

p = 0,06944

p > 0,05, donc H₀ n’est pas rejetée au seuil de 5 %.

12.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: U = 99,88

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 = 1,96·4/√64 = 0,98

Borne de l'intervalle

U = 98,9 + 0,98 = 99,88

Réponse

U = 99,88
13.Régression linéaire et corrélation

Réponse: r² = 0,8941

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 = 332/6 = 55,33

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 72
Syy = Σ(y − ȳ)² = 331,3

Coefficient de détermination

r² = 72²/(17,5·331,3) = 0,8941

Réponse

r² = 0,8941

Environ 89,41 % de la variation de y est expliquée par la droite.

14.Régression linéaire et corrélation

Réponse: x = 6,211

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 = 36/6 = 6
ȳ = 349/6 = 58,17

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 277

Droite de régression

b = 277/70 = 3,957
a = 58,17 − 3,957·6 = 34,42
ŷ = 34,42 + 3,957·x

Résoudre pour x

x = (59 − 34,42)/3,957 = 6,211

Réponse

x = 6,211
15.Tests du khi-deux

Réponse: χ² = 56,68

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: 100·126/180 = 70, 100·54/180 = 30
femmes: 80·126/180 = 56, 80·54/180 = 24

Statistique du khi-deux

χ² = (93 − 70)²/70 + (7 − 30)²/30 + (33 − 56)²/56 + (47 − 24)²/24
χ² = 56,68

Réponse

χ² = 56,68

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

16.Tests du khi-deux

Réponse: χ² = 31,31

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

18–30 ans: 48, 32
31–50 ans: 60, 40
51 ans et plus: 24, 16

Statistique du khi-deux

χ² = (32 − 48)²/48 + (48 − 32)²/32 + (63 − 60)²/60 + (37 − 40)²/40 + (37 − 24)²/24 + (3 − 16)²/16
χ² = 31,31

Décision

df = 2, χ²crit = 5,991
31,31 > 5,991

Réponse

χ² = 31,31

χ² est supérieur à la valeur critique, donc H₀ est rejetée : les variables semblent liées.

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