I. Rappels sur les séries statistiques
1. Vocabulaire de base et types de caractères
Pour bien comprendre les statistiques, il est essentiel de maîtriser le vocabulaire.
- Population : C'est l'ensemble de tous les éléments que l'on étudie. Par exemple, tous les élèves d'un lycée, tous les habitants d'une ville, toutes les voitures produites par une usine.
- Individu (ou unité statistique) : C'est un élément de la population. Si la population est les élèves d'un lycée, un élève est un individu.
- Échantillon : C'est une partie (un sous-ensemble) de la population étudiée. On étudie souvent un échantillon quand la population est trop grande pour être étudiée entièrement.
- Caractère (ou variable statistique) : C'est la propriété que l'on étudie sur les individus de la population. Par exemple, la taille des élèves, la couleur des yeux, le nombre de frères et sœurs.
Il existe deux grands types de caractères :
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Caractère qualitatif : Il décrit une qualité, une catégorie. Ses valeurs ne peuvent pas être mesurées numériquement.
- Exemples : couleur des yeux (bleu, vert, marron), catégorie socio-professionnelle (ouvrier, cadre), marque de téléphone.
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Caractère quantitatif : Il décrit une quantité, une valeur numérique. Ses valeurs peuvent être mesurées.
- Exemples : taille (en cm), âge (en années), nombre d'enfants, note à un examen.
- On distingue parfois les caractères quantitatifs discrets (qui prennent des valeurs isolées, souvent des entiers, comme le nombre d'enfants) et continus (qui peuvent prendre n'importe quelle valeur dans un intervalle, comme la taille ou le poids).
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Série statistique : C'est l'ensemble des données brutes recueillies pour un caractère donné sur une population ou un échantillon.
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Effectif (d'une valeur ou d'une modalité) : C'est le nombre de fois qu'une valeur ou une modalité du caractère apparaît dans la série statistique.
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Effectif total : C'est le nombre total d'individus dans l'étude (somme de tous les effectifs).
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Fréquence (d'une valeur ou d'une modalité) : C'est la proportion de fois où une valeur ou une modalité apparaît. Elle se calcule par la formule : La fréquence est un nombre compris entre 0 et 1. On peut aussi l'exprimer en pourcentage en la multipliant par 100. La somme de toutes les fréquences (ou de tous les pourcentages) doit toujours être égale à 1 (ou 100%).
2. Représentations graphiques
Les graphiques permettent de visualiser rapidement les données d'une série statistique et d'en dégager des tendances.
- Diagramme en bâtons : Utilisé pour les caractères qualitatifs ou quantitatifs discrets. Chaque bâton représente l'effectif ou la fréquence d'une modalité. La hauteur du bâton est proportionnelle à l'effectif ou à la fréquence.
- Exemple : Nombre d'élèves par sport pratiqué.
- Histogramme : Utilisé pour les caractères quantitatifs continus regroupés en classes. Les données sont représentées par des rectangles contigus. L'aire de chaque rectangle est proportionnelle à l'effectif de la classe.
- Exemple : Répartition des tailles des élèves.
- Attention : si les classes n'ont pas la même amplitude, la hauteur du rectangle doit être ajustée pour que l'aire soit proportionnelle à l'effectif.
- Diagramme circulaire (ou "camembert") / semi-circulaire : Utilisé pour représenter la répartition d'un caractère qualitatif ou quantitatif discret. Chaque secteur (ou tranche) représente une modalité, et son angle est proportionnel à l'effectif ou à la fréquence.
- L'angle pour une modalité est calculé par : (pour un cercle complet).
- Exemple : Répartition des votes pour différents candidats.
Interprétation des graphiques : Un bon graphique doit être clair et permettre de :
- Identifier rapidement les valeurs les plus fréquentes (le mode).
- Comparer les proportions entre les différentes catégories.
- Saisir la "forme" de la distribution (symétrique, asymétrique, étalée, concentrée...).
3. Indicateurs de position
Les indicateurs de position nous donnent une idée de la "valeur centrale" ou typique d'une série statistique.
- Moyenne arithmétique ( ou ) : C'est la somme de toutes les valeurs divisée par l'effectif total.
- Pour une série de valeurs :
- Pour une série avec effectifs ( pour la valeur ) :
- La moyenne est sensible aux valeurs extrêmes (valeurs très grandes ou très petites).
- Médiane () : C'est la valeur qui partage la série statistique (ordonnée !) en deux groupes de même effectif. Il y a autant de valeurs inférieures ou égales à la médiane qu'il y a de valeurs supérieures ou égales.
- Méthode de calcul :
- Ordonner la série par ordre croissant.
- Si l'effectif total () est impair, la médiane est la valeur de rang .
- Si l'effectif total () est pair, la médiane est n'importe quelle valeur entre les deux valeurs centrales de rang et . Par convention, on prend souvent la moyenne de ces deux valeurs.
- Exemple : Série (ordonnée) : 1, 3, 5, 7, 9. . Médiane = 5 (valeur de rang 3).
- Exemple : Série (ordonnée) : 1, 3, 5, 7, 9, 11. . Médiane = n'importe quelle valeur entre 5 et 7. On prend souvent .
- La médiane est moins sensible aux valeurs extrêmes que la moyenne.
- Méthode de calcul :
- Mode : C'est la valeur (ou la modalité) qui a le plus grand effectif (ou la plus grande fréquence). C'est la valeur la plus fréquente de la série.
- Une série peut avoir un mode, plusieurs modes, ou pas de mode du tout si toutes les valeurs ont le même effectif.
4. Indicateurs de dispersion
Les indicateurs de dispersion nous renseignent sur l'étalement ou la concentration des données autour d'une valeur centrale.
- Étendue : C'est la différence entre la valeur maximale et la valeur minimale de la série. L'étendue est facile à calculer mais très sensible aux valeurs extrêmes.
- Quartiles () :
- Pour calculer les quartiles, il faut d'abord ordonner la série.
- Le premier quartile () est la plus petite valeur telle qu'au moins 25% des données lui sont inférieures ou égales. C'est la médiane de la première moitié de la série.
- Le troisième quartile () est la plus petite valeur telle qu'au moins 75% des données lui sont inférieures ou égales. C'est la médiane de la seconde moitié de la série.
- Méthode de calcul (simplifiée en Seconde) :
- Calculer .
- Si est un entier, est la moyenne de la valeur de rang et de la valeur de rang .
- Si n'est pas un entier, est la valeur de rang (où E est la fonction partie entière).
- Même principe pour avec .
- Écart interquartile () : C'est la différence entre le troisième quartile et le premier quartile. L'écart interquartile représente l'étendue des 50% des valeurs centrales de la série. Il est moins sensible aux valeurs extrêmes que l'étendue.
- Variance () et écart-type () (introduction) :
Ces indicateurs mesurent la dispersion des données autour de la moyenne.
- La variance est la moyenne des carrés des écarts à la moyenne. Elle est donnée par la formule : C'est un indicateur très utilisé mais son unité est le carré de l'unité des données, ce qui la rend difficile à interpréter directement.
- L'écart-type est la racine carrée de la variance. L'écart-type s'exprime dans la même unité que les données, ce qui le rend plus facile à interpréter. Un petit écart-type indique que les données sont proches de la moyenne, tandis qu'un grand écart-type indique qu'elles sont plus dispersées. Ces deux indicateurs sont très importants en statistiques, mais leur calcul détaillé et leur interprétation approfondie seront vus dans les classes supérieures.


