Statistique 2 : inférence statistique : pack de révision

Formulaires, étapes clés de la méthode pour chaque thème et 10 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

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.Loi normaleMoyen
−3−2−10123zaire colorée à droite de z = 0,9452

Faites glisser z pour que l’aire colorée sous la courbe normale centrée réduite, à droite de z, soit 0,9452. Trouvez z avec deux décimales.

A = 0,9452
z =
2.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 =
3.Intervalles de confianceMoyen
n = 20, s = 1,5LU = ?x̄ = 79E90%

Un échantillon de 20 éléments a une moyenne de 79 et un écart-type s = 1,5. La population est approximativement normale. Trouvez la borne supérieure de l’intervalle de confiance à 90 % pour la moyenne.

n = 20x̄ = 79s = 1,590%t(19) = 1,729
borne supérieure =
4.Intervalles de confianceDifficile
p = 0,5, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0,02595%

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 95 % pour la proportion ait une marge d’erreur d’au plus 0,025 ?

p = 0,5E = 0,02595%
n =
5.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceMoyen
1,64p = ?

La moyenne d’une population est censée valoir 250 ; l’écart-type de la population est connu et vaut 12. Un échantillon aléatoire de 36 observations a une moyenne de 253,28. Testez H₀ : μ = 250 contre H₁ : μ > 250. Trouvez la valeur p p.

μ₀ = 250σ = 12n = 36x̄ = 253,28H₁: μ > μ₀
p =
6.Tests d'hypothèse et intervalles de confianceDifficile
σ = 15, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 199%

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 1 ? L'écart-type est 15. Trouve la plus petite taille d'échantillon n.

σ = 15E = 199%
n =
7.Régression linéaire et corrélationMoyen
xy140354560769981xy5406080

Le tableau donne 5 observations appariées de x = heures de révision et y = note à l’examen. Leurs sommes sont données. Trouvez le coefficient de corrélation de Pearson r à partir de ces sommes.

n = 5Σx = 25Σy = 304Σx² = 165Σy² = 19438Σxy = 1714
r =
8.Régression linéaire et corrélationDifficile
xy167819100221082513328135xy202580100120140x = 23,5

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. On fait une nouvelle observation (23,5, 122). Trouvez son résidu e = y − ŷ.

n = 5(23,5, 122)
e =
9.Tests du khi-deuxMoyen
sans défautmineurmajeurTotaléquipe de jour32112366équipe de nuit26163577Total582758143

Le tableau de contingence indique les effectifs observés. Pour un test d’indépendance du khi-deux, trouvez l’effectif attendu E de la case « équipe de jour, sans défaut ».

total de la ligne = 66total de la colonne = 58N = 143
E =
10.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 compare les effectifs observés dans 7 catégories à des proportions attendues entièrement spécifiées (aucun paramètre n’est estimé à partir des données). À l’aide de la table, trouvez la valeur critique χ²crit au seuil de signification α = 0,01.

α = 0,01
χ²crit =

3Solutions

1.Loi normale

Réponse: z = −1,6

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 − 0,9452 = 0,0548

Lire la table de z à l’envers

Trouvez 0,0548 dans la table et lisez z.

z = −1,60

Réponse

z = −1,60
2.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
3.Intervalles de confiance

Réponse: borne supérieure = 79,58

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 = 19, t = 1,729

Marge d'erreur

E = 1,729·1,5/√20 = 0,5799

Intervalle

79 ± 0,5799 → [78,42, 79,58]

Réponse

borne supérieure = 79,58
4.Intervalles de confiance

Réponse: n = 1537

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 = 1,96²·0,5·0,5/0,025² = 1537

Arrondir vers le haut

n = 1537

Réponse

n = 1537
5.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: p = 0,0505

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/√36 = 2
z = (253,28 − 250)/2 = 1,64

Aire de la queue

Φ(1,64) = 0,9495
1 − Φ(1,64) = 0,0505

Valeur p

p = 0,0505

Réponse

p = 0,0505

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

6.Tests d'hypothèse et intervalles de confiance

Réponse: n = 1494

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 = (2,576·15/1)² = 1493

Arrondir vers le haut

n = 1494

Réponse

n = 1494
7.Régression linéaire et corrélation

Réponse: r = 0,9927

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.

Sommes centrées

Sxy = 1714 − 25·304/5 = 194
Sxx = 165 − 25²/5 = 40
Syy = 19438 − 304²/5 = 954,8

Coefficient de corrélation

r = 194/√(40·954,8) = 0,9927

Réponse

r = 0,9927
8.Régression linéaire et corrélation

Réponse: e = 3,85

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 = 110/5 = 22
ȳ = 554/5 = 110,8

Sommes des carrés et des produits

Sxx = Σ(x − x̄)² = 90
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 441

Droite de régression

b = 441/90 = 4,9
a = 110,8 − 4,9·22 = 3
ŷ = 3 + 4,9·x

Valeur prédite

ŷ = 3 + 4,9·23,5 = 118,1

Résidu

e = 122 − 118,1 = 3,85

Réponse

e = 3,85

Le point se trouve au-dessus de la droite.

9.Tests du khi-deux

Réponse: E = 26,77

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.

Effectif attendu

E = 66·58/143 = 26,77

Réponse

E = 26,77
10.Tests du khi-deux

Réponse: χ²crit = 16,81

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 = 7 − 1 = 6

Table

χ²crit(df = 6, α = 0,01) = 16,812

Réponse

χ²crit = 16,812

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

ExamProblems · examproblems.com/courses/statistics-2-inference