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

Quel test compare deux groupes indépendants lorsque les données sont ordinales ou clairement non normales ?

  1. ALe test t pour échantillons indépendants
  2. BLe test U de Mann–Whitney
  3. CLe test des rangs signés de Wilcoxon
  4. DLe test du khi-deux
2.Méthodes de recherche en psychologieDifficile

Quel test non paramétrique compare deux échantillons appariés, comme des scores avant-après sur une échelle ordinale ?

  1. ALe test d'indépendance du khi-deux
  2. BLe test t pour échantillons indépendants
  3. CLe test des rangs signés de Wilcoxon
  4. DLe test U de Mann-Whitney
3.Statistique descriptiveMoyen
1520253035404550

Trouve l'écart-type d'échantillon s des données : 50, 11, 33, 47, 53, 22.

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

Une grandeur suit une loi normale de moyenne 60 et d'écart-type 20. Quelle proportion P des valeurs est inférieure à 40 ?

μ = 60σ = 20x = 40
P =
5.ProbabilitésMoyen
P(au moins un six) = ??1?2?3?4?5?6P(six) = 1/6 à chaque lancer

On lance un dé équilibré 6 fois. Quelle est la probabilité P d'obtenir au moins un six ?

n = 6
P =
6.ProbabilitésDifficile
n = 8, p = 0,2: P(X = 5) = ?k012345678

Un test comporte 8 QCM. Une étudiante qui répond au hasard a chaque réponse juste avec une probabilité 0,2, indépendamment. Quelle est la probabilité P d'avoir exactement 5 bonnes réponses ?

n = 8p = 0,2k = 5
P =
7.Loi normaleMoyen
−3−2−10123zaire colorée à droite de z = 0,0132

Faites glisser z pour que l’aire colorée sous la courbe normale centrée réduite, à droite de z, soit 0,0132. Trouvez z avec deux décimales.

A = 0,0132
z =
8.Loi normaleDifficile
35455565758595pointshaut 20%

Les les notes d’un examen suivent une loi normale de moyenne 65 points et d’écart type 10 points. Faites glisser le seuil pour que les 20 % les plus élevés (zone colorée) soient à sa droite. Trouvez le seuil x.

μ = 65 pointsσ = 10 points20%
x = points
9.Intervalles de confianceMoyen
n = 13, s = 19LUx̄ = 109E = ?95%

Un échantillon de 13 éléments a une moyenne de 109 et un écart-type s = 19. La population est approximativement normale. Trouvez la marge d’erreur E d’un intervalle de confiance à 95 % pour la moyenne.

n = 13x̄ = 109s = 1995%t(12) = 2,179
E =
10.Intervalles de confianceDifficile
μ₁ − μ₂, t(24) = 2,0640LU = ?x̄₁ − x̄₂E95%

On teste deux engrais. Groupe de parcelles 1 : 19 parcelles, rendement moyen 46,5 kg, écart-type 2,5 kg. Groupe de parcelles 2 : 7 parcelles, moyenne 40 kg, écart-type 7 kg. Supposez les variances égales (t avec variance commune, df = n₁ + n₂ − 2). Trouvez la borne supérieure de l’intervalle de confiance à 95 % pour μ₁ − μ₂.

n₁ = 19x̄₁ = 46,5s₁ = 2,5n₂ = 7x̄₂ = 40s₂ = 795%t(24) = 2,064
borne supérieure = kg
11.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceMoyen
t −2,01102,011

Un échantillon de 49 étudiants a une note moyenne de 48,97 et un écart-type d'échantillon de 4. Calcule la statistique de test t pour H₀ : μ = 50.

μ₀ = 50x̄ = 48,97s = 4n = 49
t =
12.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceDifficile
−1,961,96z = ?

Dans un essai, 138 patients sur 250 sous traitement A guérissent, et 77 sur 120 sous traitement B. En utilisant la proportion commune, trouvez la statistique de test z pour H₀ : p₁ = p₂.

x₁ = 138n₁ = 250x₂ = 77n₂ = 120
z =
13.Régression linéaire et corrélationMoyen
xy145249353453564xy245060

Le tableau donne 5 observations appariées de x = dépenses publicitaires en k€ et y = ventes en k€. Trouvez le coefficient de corrélation de Pearson r.

n = 5
r =
14.Régression linéaire et corrélationDifficile
xy23343663583810471246xy510354045x = 7

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. On fait une nouvelle observation (7, 41). Trouvez son résidu e = y − ŷ.

n = 6(7, 41)
e =
15.Tests du khi-deuxMoyen
touxpas de touxTotalfumeurs6931100non-fumeurs273360Total9664160

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 = 1602 × 2
χ² =
16.Tests du khi-deuxDifficile
réussiteéchecTotalligne 1166480ligne 2194160ligne 33763100Total72168240dfα = 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 = 2403 × 2α = 0,05
χ² =

3Solutions

1.Méthodes de recherche en psychologie

Réponse: B · Le test U de Mann–Whitney

Pourquoi c'est la réponse

Le test U de Mann–Whitney compare les rangs de deux groupes indépendants. Le test des rangs signés de Wilcoxon s'applique aux échantillons appariés.

Réponse

B · Le test U de Mann–Whitney
2.Méthodes de recherche en psychologie

Réponse: C · Le test des rangs signés de Wilcoxon

Pourquoi c'est la réponse

Le test des rangs signés de Wilcoxon s'applique aux données ordinales appariées ; le test U de Mann-Whitney est son équivalent pour des groupes indépendants.

Réponse

C · Le test des rangs signés de Wilcoxon
3.Statistique descriptive

Réponse: s = 16,95

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 = 216/6 = 36

Écarts au carré

Σ(x − x̄)² = 14² + (−25)² + (−3)² + 11² + 17² + (−14)² = 1436

Écart-type

s = √(1436/5) = 16,95

Réponse

s = 16,95
4.Statistique descriptive

Réponse: P = 0,1587

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 = −1

Table de la loi normale

Φ(−1) = 0,1587
P = 0,1587

Réponse

P = 0,1587
5.Probabilités

Réponse: P = 0,6651

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.

Complémentaire

P(aucun six) = (5/6)6 = 0,3349
P = 1 − 0,3349 = 0,6651

Réponse

P = 0,6651
6.Probabilités

Réponse: P = 0,009175

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) = 56·0,25·0,83 = 56·0,00032·0,512 = 0,009175

Réponse

P = 0,009175
7.Loi normale

Réponse: z = 2,22

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 − 0,0132 = 0,9868

Lire la table de z à l’envers

Trouvez 0,9868 dans la table et lisez z.

z = 2,22

Réponse

z = 2,22
8.Loi normale

Réponse: x = 73,4 points

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) = 0,8

z d’après la table

z ≈ 0,84

Retour aux unités d’origine

x = 65 + 0,84·10 = 73,4 points

Réponse

x = 73,4 points
9.Intervalles de confiance

Réponse: E = 11,48

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 = 12, t = 2,179

Marge d'erreur

E = 2,179·19/√13 = 11,48

Réponse

E = 11,48
10.Intervalles de confiance

Réponse: borne supérieure = 10,26 kg

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.

Écart-type commun

sp² = (18·2,5² + 6·7²)/24 = 16,94
sp = 4,116

Marge d'erreur

E = 2,064·4,116·√(1/19 + 1/7) = 3,756

Intervalle

6,5 ± 3,756 → [2,744, 10,26]

Réponse

borne supérieure = 10,26 kg
11.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: t = −1,803

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 = 4/√49 = 4/7 = 0,5714

Statistique de test

t = (48,97 − 50)/0,5714 = −1,803

Réponse

t = −1,803
t0,025; df = 48 = 2,011

|t| < 2.011, donc H₀ n’est pas rejetée au seuil de 5 % (bilatéral).

12.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: z = −1,636

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.

Proportions des échantillons

p̂₁ = 138/250 = 0,552
p̂₂ = 77/120 = 0,6417
p̂ = 215/370 = 0,5811

Erreur type sous H₀

SE = √(0,5811·0,4189·(1/250 + 1/120)) = 0,05479

Statistique de test

z = (0,552 − 0,6417)/0,05479 = −1,636

Réponse

z = −1,636

|z| < 1,96, donc H₀ n’est pas rejetée au seuil de 5 % (bilatéral).

13.Régression linéaire et corrélation

Réponse: r = 0,9373

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 = 264/5 = 52,8

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 42
Syy = Σ(y − ȳ)² = 200,8

Coefficient de corrélation

r = 42/√(10·200,8) = 0,9373

Réponse

r = 0,9373
14.Régression linéaire et corrélation

Réponse: e = 1,833

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 = 235/6 = 39,17

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 101

Droite de régression

b = 101/70 = 1,443
a = 39,17 − 1,443·7 = 29,07
ŷ = 29,07 + 1,443·x

Valeur prédite

ŷ = 29,07 + 1,443·7 = 39,17

Résidu

e = 41 − 39,17 = 1,833

Réponse

e = 1,833

Le point se trouve au-dessus de la droite.

15.Tests du khi-deux

Réponse: χ² = 9

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

fumeurs: 100·96/160 = 60, 100·64/160 = 40
non-fumeurs: 60·96/160 = 36, 60·64/160 = 24

Statistique du khi-deux

χ² = (69 − 60)²/60 + (31 − 40)²/40 + (27 − 36)²/36 + (33 − 24)²/24
χ² = 9

Réponse

χ² = 9

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

16.Tests du khi-deux

Réponse: χ² = 6,222

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

ligne 1: 24, 56
ligne 2: 18, 42
ligne 3: 30, 70

Statistique du khi-deux

χ² = (16 − 24)²/24 + (64 − 56)²/56 + (19 − 18)²/18 + (41 − 42)²/42 + (37 − 30)²/30 + (63 − 70)²/70
χ² = 6,222

Décision

df = 2, χ²crit = 5,991
6,222 > 5,991

Réponse

χ² = 6,222

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

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