Introduction à la statistique : pack de révision

Formulaires, étapes clés de la méthode pour chaque thème et 12 exercices, avec les corrigés complets à la fin.

Nouveaux exercicesRetour au cours

Dans la fenêtre d’impression, choisissez « Enregistrer au format PDF » pour garder une copie sur votre appareil.

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

2Exercices

1.Statistique descriptiveMoyen
1520253035404550

Trouve l'écart-type d'échantillon s des données : 29, 51, 22, 15, 38, 22.

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

Une grandeur suit une loi normale de moyenne 50 et d'écart-type 10. Quelle proportion P des valeurs est inférieure à 45 ?

μ = 50σ = 10x = 45
P =
3.ProbabilitésMoyen
n = 14k = 2N = ?

De combien de façons N peut-on choisir un comité de 2 personnes parmi un groupe de 14 ? L'ordre ne compte pas.

n = 14k = 2
N =
4.ProbabilitésDifficile
xp(x)00,1520,3540,2560,25μ

X a la loi indiquée, et Y = 10X + 10. Trouvez l’écart-type σY de Y.

x: 0, 2, 4, 6p(x): 0,15, 0,35, 0,25, 0,25Y = 10X + 10
σY =
5.Loi normaleMoyen
32 min34,5 minX + Y?

X est normale de moyenne 12 min et d’écart-type 1,5 min ; Y est indépendante et normale de moyenne 20 min et d’écart-type 2 min. Trouvez la probabilité P que X + Y dépasse 34,5 min. Arrondissez z à deux décimales.

μX = 12, σX = 1,5μY = 20, σY = 2X + Y > 34,5 min
P =
6.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 =
7.Intervalles de confianceMoyen
n = 8, s = 4,5LU = ?x̄ = 27,5E99%

Un échantillon de 8 éléments a une moyenne de 27,5 et un écart-type s = 4,5. La population est approximativement normale. Trouvez la borne supérieure de l’intervalle de confiance à 99 % pour la moyenne.

n = 8x̄ = 27,5s = 4,599%t(7) = 3,499
borne supérieure =
8.Intervalles de confianceDifficile
μ₁ − μ₂, t(20) = 2,8450LUx̄₁ − x̄₂E = ?99%

On teste deux engrais. Groupe de parcelles 1 : 15 parcelles, rendement moyen 96 kg, écart-type 3,5 kg. Groupe de parcelles 2 : 7 parcelles, moyenne 91 kg, écart-type 9,5 kg. Supposez les variances égales (t avec variance commune, df = n₁ + n₂ − 2). Trouvez la marge d’erreur E de l’intervalle de confiance à 99 % pour μ₁ − μ₂.

n₁ = 15x̄₁ = 96s₁ = 3,5n₂ = 7x̄₂ = 91s₂ = 9,599%t(20) = 2,845
E = kg
9.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceMoyen
t −2,06402,064

Un échantillon de 25 étudiants a une note moyenne de 71,64 et un écart-type d'échantillon de 12. Calcule la statistique de test t pour H₀ : μ = 75.

μ₀ = 75x̄ = 71,64s = 12n = 25
t =
10.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceDifficile
z −1,9601,96

Un échantillon de 16 mesures a une moyenne de 129. L'écart-type de la population est 20. Trouve la borne inférieure L de l'intervalle de confiance à 95 % pour la moyenne.

x̄ = 129σ = 20n = 1695%
L =
11.Régression linéaire et corrélationMoyen
xy294186298361042xy5102040

Le tableau donne 5 observations appariées de x = charge en kN et y = allongement en mm. Trouvez le coefficient de corrélation de Pearson r.

n = 5
r =
12.Régression linéaire et corrélationDifficile
xy146216751877209622104xy15206080100ŷ = 88

Le tableau donne 5 observations appariées de x = température en °C et y = glaces vendues. Utilisez la droite des moindres carrés ŷ = a + b·x. Pour quelle valeur x la droite prédit-elle ŷ = 88 ?

n = 5ŷ = 88
x =

3Solutions

1.Statistique descriptive

Réponse: s = 13,1

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 = 177/6 = 29,5

Écarts au carré

Σ(x − x̄)² = (−0,5)² + 21,5² + (−7,5)² + (−14,5)² + 8,5² + (−7,5)² = 857,5

Écart-type

s = √(857,5/5) = 13,1

Réponse

s = 13,1
2.Statistique descriptive

Réponse: P = 0,3085

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 = −0,5

Table de la loi normale

Φ(−0,5) = 0,3085
P = 0,3085

Réponse

P = 0,3085
3.Probabilités

Réponse: N = 91

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(14, 2) = (14·13)/(2·1) = 91

Réponse

N = 91
4.Probabilités

Réponse: σY = 20,4

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 = 3,2, Var(X) = 4,16, σX = 2,04

Changement linéaire

σY = |10|·2,04 = 20,4

Réponse

σY = 20,4

La moyenne, elle, se déplace : E(Y) = 10·3,2 + 10 = 42.

5.Loi normale

Réponse: P = 0,1587

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 = 32 min, σ = √(1,5² + 2²) = 2,5 min

Centrer-réduire

z = (34,5 − 32)/2,5 = 1

Queue supérieure

P = 1 − Φ(1) = 1 − 0,8413 = 0,1587

Réponse

P = 0,1587
6.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
7.Intervalles de confiance

Réponse: borne supérieure = 33,07

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 = 7, t = 3,499

Marge d'erreur

E = 3,499·4,5/√8 = 5,567

Intervalle

27,5 ± 5,567 → [21,93, 33,07]

Réponse

borne supérieure = 33,07
8.Intervalles de confiance

Réponse: E = 7,776 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 = (14·3,5² + 6·9,5²)/20 = 35,65
sp = 5,971

Marge d'erreur

E = 2,845·5,971·√(1/15 + 1/7) = 7,776

Réponse

E = 7,776 kg
9.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 = 12/√25 = 12/5 = 2,4

Statistique de test

t = (71,64 − 75)/2,4 = −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).

10.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: L = 119,2

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 = 1,96·20/√16 = 9,8

Borne de l'intervalle

L = 129 − 9,8 = 119,2

Réponse

L = 119,2
11.Régression linéaire et corrélation

Réponse: r = 0,9935

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 = 134/5 = 26,8

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 168
Syy = Σ(y − ȳ)² = 714,8

Coefficient de corrélation

r = 168/√(40·714,8) = 0,9935

Réponse

r = 0,9935
12.Régression linéaire et corrélation

Réponse: x = 18,99

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 = 90/5 = 18
ȳ = 414/5 = 82,8

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 210

Droite de régression

b = 210/40 = 5,25
a = 82,8 − 5,25·18 = −11,7
ŷ = −11,7 + 5,25·x

Résoudre pour x

x = (88 − (−11,7))/5,25 = 18,99

Réponse

x = 18,99

ExamProblems · examproblems.com/courses/statistics-1