17 - Statistiques

Cours de mathématiques 3ème

Statistiques

1 - Vocabulaire associé à une série statistique

Vocabulaire statistique :

  • Population : l'ensemble des éléments étudiés (ex : tous les élèves d'une classe).
  • Individu : chaque élément de cette population (ex : un élève).
  • Caractère : la propriété ou mesure observée, qui prend différentes valeurs (ex : la note obtenue).
  • Effectif d'une valeur : le nombre d'individus présentant cette valeur.
  • Effectif total $N$ : la somme de tous les effectifs.

Exemple : Notes obtenues par les élèves d'une classe

Note obtenue (valeur) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Nombre d'élèves (effectif $n$) 2 0 1 3 8 5 2 0 3 1

Effectif total : $N = 2 + 0 + 1 + 3 + 8 + 5 + 2 + 0 + 3 + 1 = 25$ élèves.

Définition 1 : La fréquence

On appelle fréquence d'une valeur le quotient de son effectif $n$ par l'effectif total $N$ :

$$f = \dfrac{n}{N}$$

Exemple : Pour la note $4$ (effectif $3$) : $f_4 = \dfrac{3}{25} = 0{,}12 = 12\,\%$. Pour la note $6$ : $f_6 = \dfrac{5}{25} = 0{,}20 = 20\,\%$.

2 - Représentation graphique et indicateurs statistiques

Diagramme en bâtons des notes de la classe

notes effectifs 0 2 4 6 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Indicateur 1 : La moyenne pondérée $\overline{x}$

On multiplie chaque valeur par son effectif, on additionne ces produits, puis on divise par l'effectif total $N$.

$$\overline{x} = \dfrac{1\times 2 + 2\times 0 + 3\times 1 + 4\times 3 + 5\times 8 + 6\times 5 + 7\times 2 + 8\times 0 + 9\times 3 + 10\times 1}{25} = \dfrac{138}{25} = \mathbf{5{,}52}$$

Indicateur 2 : Le mode

C'est la valeur ayant le plus grand effectif.

Le mode est 5 (effectif maximal de 8 élèves).

Indicateur 3 : L'étendue

C'est la différence entre les deux valeurs extrêmes de la série (valeur max - valeur min).

Étendue = $10 - 1 = \mathbf{9}$.

Indicateur 4 : La médiane $M_e$

La médiane partage la série ordonnée en deux groupes de même effectif (au moins $50\,\%$ des valeurs lui sont inférieures ou égales) :

  • Si $N$ est impair, la médiane est la valeur classée au rang $\dfrac{N+1}{2}$.
  • Si $N$ est pair, la médiane est la demi-somme des valeurs situées aux rangs $\dfrac{N}{2}$ et $\dfrac{N}{2}+1$.

Dans notre exemple, $N = 25$ (impair) $\implies \dfrac{25+1}{2} = 13^{\text{ème}}$ valeur.

1, 1, 3, 4, 4, 4, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 6, 6, 6, 6, 6, 7, 7, 9, 9, 9, 10

$$M_e = 5$$

Indicateur 5 : Les quartiles $Q_1$ et $Q_3$

  • Le premier quartile $Q_1$ est la valeur classée au rang $\dfrac{N}{4}$ arrondi à l'entier supérieur (au moins $25\,\%$ des valeurs).
  • Le troisième quartile $Q_3$ est la valeur classée au rang $\dfrac{3N}{4}$ arrondi à l'entier supérieur (au moins $75\,\%$ des valeurs).

$\dfrac{N}{4} = \dfrac{25}{4} = 6{,}25 \implies$ on retient la $7^{\text{ème}}$ valeur : $\mathbf{Q_1 = 5}$.

$\dfrac{3N}{4} = \dfrac{75}{4} = 18{,}75 \implies$ on retient la $19^{\text{ème}}$ valeur : $\mathbf{Q_3 = 6}$.

Récapitulatif visuel : Le diagramme à moustaches (boîte de Tukey)

Min = 1 Q₁ = Me = 5 Q₃ = 6 Max = 10

La boîte contient les $50\,\%$ centraux de la population (entre $Q_1$ et $Q_3$).

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