Statistiques · Cours Tronc Commun

Ce cours de statistiques pour le Tronc Commun aborde les séries statistiques, la moyenne, la médiane, l’écart type et les représentations, avec exercices corrigés. Retrouvez les autres leçons dans la catégorie Tronc Commun.

Cours de statistiques Tronc Commun

DéfinitionÀ connaître par cœur.
PropriétéÀ retenir et à citer.
ExempleRésolu étape par étape.
AstucePour mieux comprendre.
AttentionErreur fréquente.

1Population et Caractère

Population statistique La population statistique est l’ensemble qui fait l’objet de l’étude. Chaque élément de cet ensemble est appelé individu ou unité statistique.
Caractère (ou variable statistique) La propriété que l’on veut étudier chez une population s’appelle le caractère.
  • Caractère qualitatif : ne peut pas s’exprimer par des nombres (ex : couleur des yeux, sexe, groupe sanguin).
  • Caractère quantitatif : peut s’exprimer par des nombres.
    • Discret : prend des valeurs isolées (ex : notes, nombre d’enfants).
    • Continu : prend des valeurs dans un intervalle (ex : taille, poids, vitesse).

2Effectifs et Fréquences

Définitions
  • Effectif \(n_i\) : nombre d’individus associés à la valeur \(x_i\).
  • Effectif total \(N\) : \(N = n_1 + n_2 + \dots + n_k\).
  • Fréquence \(f_i\) : \(f_i = \frac{n_i}{N}\).
  • Pourcentage \(p_i\) : \(p_i = 100 \times f_i\).
Propriété La somme des fréquences est toujours égale à 1 :
\[ \sum_{i=1}^{k} f_i = 1 \]
Exemple Notes de 20 élèves : 9, 8, 10, 12, 10, 8, 15, 18, 16, 15, 12, 12, 10, 10, 9, 8, 15, 12, 8, 10.
On peut dresser le tableau des effectifs :
Note \(x_i\)891012151618Total
Effectif \(n_i\)425431120

La fréquence de la note 8 est \(f_1 = \frac{4}{20} = 0,2\), soit \(20\%\).

3Paramètres de Position

3.1 Le Mode

Définition Le mode est la valeur (ou la classe) du caractère qui a le plus grand effectif.

3.2 La Moyenne

Définition La moyenne d’une série statistique est :
\[ \bar{x} = \frac{x_1 n_1 + x_2 n_2 + \dots + x_k n_k}{N} = \frac{\sum_{i=1}^{k} x_i n_i}{N} \]
Astuce · Moyenne pondérée La moyenne est souvent appelée « moyenne pondérée » car chaque valeur est affectée d’un « poids » (son effectif).

3.3 La Médiane

Définition La médiane est la valeur qui partage la série (rangée par ordre croissant) en deux groupes d’effectifs égaux.
  • Si \(N\) est impair, la médiane est la valeur de rang \(\frac{N+1}{2}\).
  • Si \(N\) est pair, la médiane est la demi-somme des valeurs de rang \(\frac{N}{2}\) et \(\frac{N}{2} + 1\).
Exemple · Médiane Pour la série des notes (N = 20, pair), la médiane est la moyenne des 10ème et 11ème valeurs.
En rangeant dans l’ordre : 8, 8, 8, 8, 9, 9, 10, 10, 10, 10, 10, 12…
Les 10ème et 11ème valeurs sont toutes les deux 10. Donc la médiane est 10.

4Paramètres de Dispersion

Étendue L’étendue est la différence entre la plus grande et la plus petite valeur de la série.
\[ e = x_{\max} – x_{\min} \]
Écart-moyen L’écart-moyen est la moyenne des écarts absolus à la moyenne :
\[ e = \frac{\sum n_i |x_i – \bar{x}|}{N} \]
Variance La variance \(V\) est la moyenne des carrés des écarts à la moyenne :
\[ V = \frac{\sum n_i (x_i – \bar{x})^2}{N} \]
Écart-type L’écart-type \(\sigma\) est la racine carrée de la variance :
\[ \sigma = \sqrt{V} \]

L’écart-type mesure la dispersion des valeurs autour de la moyenne. Plus il est grand, plus les valeurs sont dispersées.

5Représentations Graphiques

5.1 Diagramme en bâtons

Utilisation Pour un caractère quantitatif discret. La hauteur de chaque bâton est proportionnelle à l’effectif (ou la fréquence).

5.2 Histogramme

Utilisation Pour un caractère quantitatif continu (classes). L’aire de chaque rectangle est proportionnelle à l’effectif.

Si les classes ont la même amplitude, la hauteur est proportionnelle à l’effectif.

5.3 Diagramme circulaire

Utilisation Pour un caractère qualitatif. La mesure de chaque secteur angulaire est proportionnelle à l’effectif (ou à la fréquence).

Angle d’un secteur = \(f_i \times 360^\circ\).

Exemple · Diagramme circulaire Un club de 240 adhérents : 58,3% football, 25% tennis, 16,7% handball.
  • Football : \(240 \times 0,583 \approx 140\) adhérents.
  • Tennis : \(240 \times 0,25 = 60\) adhérents.
  • Handball : \(240 \times 0,167 \approx 40\) adhérents.

6Exercices corrigés

Cherche d’abord seul(e), puis ouvre la solution pour vérifier.

★ Exercice 1 · Calcul de moyenne

Soit la série suivante :
Caractère : 1, 2, 5, 7
Effectif : 5, 4, 1, 1

Calculer la moyenne de cette série.

Voir la solution

L’effectif total est \(N = 5 + 4 + 1 + 1 = 11\).

La moyenne est :

\(\bar{x} = \frac{1 \times 5 + 2 \times 4 + 5 \times 1 + 7 \times 1}{11}\)

\(\bar{x} = \frac{5 + 8 + 5 + 7}{11} = \frac{25}{11} \approx 2,27\).

★★ Exercice 2 · Variance et écart-type

Reprendre la série précédente et calculer la variance et l’écart-type.

Voir la solution

On a \(\bar{x} = \frac{25}{11}\).

La variance est :

\(V = \frac{5(1 – \frac{25}{11})^2 + 4(2 – \frac{25}{11})^2 + 1(5 – \frac{25}{11})^2 + 1(7 – \frac{25}{11})^2}{11}\)

\(V = \frac{5(-\frac{14}{11})^2 + 4(-\frac{3}{11})^2 + 1(\frac{30}{11})^2 + 1(\frac{52}{11})^2}{11}\)

\(V = \frac{5 \times \frac{196}{121} + 4 \times \frac{9}{121} + \frac{900}{121} + \frac{2704}{121}}{11}\)

\(V = \frac{\frac{980 + 36 + 900 + 2704}{121}}{11} = \frac{4620}{1331} \approx 3,47\).

L’écart-type est \(\sigma = \sqrt{V} \approx \sqrt{3,47} \approx 1,86\).

★★★ Exercice 3 · Interprétation

Deux classes ont les notes moyennes suivantes : Classe A : moyenne = 12, écart-type = 1. Classe B : moyenne = 12, écart-type = 4. Que peut-on dire ?

Voir la solution

Les deux classes ont la même moyenne (12).

Cependant, l’écart-type de la classe A (1) est plus petit que celui de la classe B (4).

Cela signifie que les notes de la classe A sont plus regroupées autour de la moyenne, tandis que celles de la classe B sont plus dispersées (il y a plus d’écarts importants par rapport à la moyenne).

★Fiche résumé à retenir

  • Fréquence : \(f_i = \frac{n_i}{N}\).
  • Moyenne : \(\bar{x} = \frac{\sum n_i x_i}{N}\).
  • Médiane : Valeur centrale de la série ordonnée.
  • Écart-type : \(\sigma = \sqrt{V}\). Mesure la dispersion.
  • Diagramme en bâtons : Caractère discret.
  • Histogramme : Caractère continu (classes).
  • Diagramme circulaire : Caractère qualitatif.
C’est en forgeant que l’on devient forgeron !
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