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Mesures de position

Au bilan de santé, le médecin dit à tes parents que ta taille est « au centile 85 » pour ton âge. Ce n'est pas une note, ni une mesure : cela situe ta taille par rapport aux autres enfants. Les mesures de position servent à cela : repérer où se trouve une valeur dans une série ordonnée, et pas seulement en son milieu. Nous reviendrons sur la phrase du médecin à la fin.

Médiane et quartiles d'une série

La médiane partage une série ordonnée en deux groupes de même effectif. Les quartiles la partagent en quatre.

Le symbole $\lceil\ \rceil$ signifie « arrondi à l'entier supérieur » : $\lceil 2{,}25 \rceil = 3$ et $\lceil 2{,}5 \rceil = 3$.

Les quartiles sont toujours des valeurs de la série. D'autres méthodes de calcul (par exemple avec des moyennes de deux valeurs) existent dans certains logiciels : elles peuvent donner des résultats un peu différents et ne sont pas celles du programme de seconde.

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Le nombre de buts marqués par une équipe de handball lors de ses 9 derniers matchs a été : $24, 28, 21, 30, 25, 28, 22, 27, 26$. Calculer le premier quartile ($Q_1$), la…

Le nombre de buts marqués par une équipe de handball lors de ses 9 derniers matchs a été : $24, 28, 21, 30, 25, 28, 22, 27, 26$. Calculer le premier quartile ($Q_1$), la médiane ($Me$) et le troisième quartile ($Q_3$) de ces données.

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Marc a relevé les notes obtenues par 8 élèves à un contrôle : $4, 8, 3, 9, 6, 5, 7, 2$. Pour trouver les quartiles, il fait le raisonnement suivant : « Comme il y a 8…

Marc a relevé les notes obtenues par 8 élèves à un contrôle : $4, 8, 3, 9, 6, 5, 7, 2$. Pour trouver les quartiles, il fait le raisonnement suivant : « Comme il y a 8 données, pour le premier quartile je calcule la position $\dfrac{1 \cdot 8}{4} = 2$, donc $Q_1$ est la donnée qui est en deuxième position, c'est-à-dire $Q_1 = 8$. Pour le troisième quartile je calcule la position $\dfrac{3 \cdot 8}{4} = 6$, et comme la sixième donnée de la liste est un 5, alors $Q_3 = 5$ ».

  1. a) Relever l'erreur conceptuelle fondamentale commise par Marc dans le traitement des données. Expliquer pourquoi sa conclusion finale ($Q_1 = 8$ et $Q_3 = 5$) est mathématiquement absurde au regard de la définition du quartile.
  2. b) Corriger la démarche : ordonner la série et calculer, en justifiant, les valeurs réelles de $Q_1$, de la médiane ($Me$) et de $Q_3$.
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Les âges d'un groupe de 6 amis sont : $14, 15, 15, 16, 17, 18$. Un nouvel ami rejoint le groupe. Déterminer quel âge doit avoir ce nouveau membre pour que la médiane des…

Les âges d'un groupe de 6 amis sont : $14, 15, 15, 16, 17, 18$. Un nouvel ami rejoint le groupe. Déterminer quel âge doit avoir ce nouveau membre pour que la médiane des âges de tout le groupe soit exactement égale à $16$ ans.

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Quartiles avec un tableau d'effectifs

Quand la série est donnée par un tableau, on ne recopie pas toutes les données : on utilise les effectifs cumulés croissants (ECC).

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Lors d'une enquête réalisée auprès de 20 familles sur le nombre d'animaux de compagnie qu'elles ont à la maison, on a obtenu les résultats suivants : 0 animal : 6…

Lors d'une enquête réalisée auprès de 20 familles sur le nombre d'animaux de compagnie qu'elles ont à la maison, on a obtenu les résultats suivants :

  • 0 animal : 6 familles

  • 1 animal : 8 familles

  • 2 animaux : 4 familles

  • 3 animaux : 2 familles

Calculer la médiane du nombre d'animaux de compagnie.

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On a demandé aux 25 élèves d'une classe combien de jours par semaine ils pratiquent un sport. Les résultats figurent dans le tableau : | Jours | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |…

On a demandé aux 25 élèves d'une classe combien de jours par semaine ils pratiquent un sport. Les résultats figurent dans le tableau :

Jours 0 1 2 3 4 5
Élèves 3 5 7 6 2 2

Déterminer le premier et le troisième quartile de cette série.

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Dans une application de musique, les notes (de 1 à 5 étoiles) données par un groupe d'utilisateurs ont la répartition suivante : | Note | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |…

Dans une application de musique, les notes (de 1 à 5 étoiles) données par un groupe d'utilisateurs ont la répartition suivante :

Note 1 2 3 4 5
Utilisateurs 4 $x$ 12 15 9

On sait que la médiane des notes est $3,5$ étoiles. Déterminer la valeur de l'effectif inconnu $x$ en justifiant la réponse, puis calculer le premier quartile ($Q_1$) de la série.

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Diagramme en boîte et lecture graphique

On résume une série par cinq nombres : le minimum, $Q_1$, $Me$, $Q_3$ et le maximum. Le diagramme en boîte les représente : la boîte va de $Q_1$ à $Q_3$, un trait marque la médiane, et les « moustaches » vont jusqu'au minimum et au maximum.

Diagramme en boîte de la durée de vie de 200 ampoules : minimum 900 h, Q1 1200 h, médiane 1500 h, Q3 1700 h, maximum 2300 h, avec 25 % des ampoules dans chacun des quatre tronçons. min 900 Q₁ 1200 Me 1500 Q₃ 1700 max 2300 25 % 25 % 25 % 25 %

Polygone des effectifs cumulés croissants

Pour une série regroupée en classes, on trace le polygone des effectifs cumulés croissants. Pour estimer $Q_1$, on repère $N/4$ sur l'axe vertical, on trace l'horizontale jusqu'à la courbe, puis on descend sur l'axe des valeurs. On fait de même à $N/2$ pour la médiane et à $3N/4$ pour $Q_3$.

Polygone des effectifs cumulés croissants : on lit Q1 en traçant une horizontale à la hauteur N/4 jusqu'à la courbe, puis en descendant sur l'axe des valeurs. Q₁ (valeur lue) N/4 valeurs

Effet d'un changement affine

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Le diagramme en boîte suivant représente les prix, en euros, des billets de différents concerts dans une ville pendant l'été. Identifier le prix minimum, le prix…

Le diagramme en boîte suivant représente les prix, en euros, des billets de différents concerts dans une ville pendant l'été. Identifier le prix minimum, le prix maximum, la médiane et les quartiles $Q_1$ et $Q_3$.

Prix (€) 10 20 30 40 50 60 70 80 90
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Le diagramme en boîte ci-joint représente la durée de vie, en heures, d'un échantillon de 200 ampoules LED d'une certaine marque. Répondre aux questions suivantes en…

Le diagramme en boîte ci-joint représente la durée de vie, en heures, d'un échantillon de 200 ampoules LED d'une certaine marque. Répondre aux questions suivantes en justifiant les réponses :

  1. a) Quel pourcentage des ampoules dure plus de $1500$ heures ?
  2. b) Entre quelles valeurs se situent les $50\%$ centraux de la série ?
  3. c) Combien d'ampoules exactement ont duré moins de $1200$ heures ?
Durée de vie (h) 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400
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Un magasin d'électronique dispose d'une liste de prix pour 20 modèles d'écouteurs. On sait que le premier quartile des prix est $30$ €, la médiane est $45$ € et le…

Un magasin d'électronique dispose d'une liste de prix pour 20 modèles d'écouteurs. On sait que le premier quartile des prix est $30$ €, la médiane est $45$ € et le troisième quartile est $60$ €. Pour la semaine du « Black Friday », le magasin applique une réduction de $20\%$ sur tous les écouteurs et déduit en plus $5$ € supplémentaires en caisse. Déterminer les nouvelles valeurs de $Q_1$, $Me$ et $Q_3$ après application de la promotion, en justifiant mathématiquement la réponse.

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Centiles, déciles et interpolation (prolongement)

Revenons à la phrase du médecin. Le centile $P_k$ est la plus petite valeur telle qu'au moins $k\,\%$ des données lui soient inférieures ou égales. Les déciles découpent la série en dix parties : $D_k = P_{10k}$. On retrouve les quartiles : $Q_1 = P_{25}$, $Me = P_{50}$, $Q_3 = P_{75}$.

Être « au centile 85 » signifie donc qu'environ $85\,\%$ des enfants du même âge ont une taille inférieure ou égale à la tienne, et environ $15\,\%$ sont plus grands.

Barre représentant le centile 85 : 85 % des données en dessous et 15 % au-dessus. 85 % en dessous 15 % P₈₅ 0 % 100 %

Avec les pointures vues plus haut ($N = 30$) : pour $P_{20}$, $0{,}20 \times 30 = 6$ et le premier ECC supérieur ou égal à $6$ est $6$, donc $P_{20} = 41$. Pour $P_{80}$, $0{,}80 \times 30 = 24$ et le premier ECC supérieur ou égal à $24$ est $26$, donc $P_{80} = 44$.

Données regroupées en classes : interpolation linéaire

Quand les données sont regroupées en classes $[a ; b[$, on ne connaît plus les valeurs exactes. On suppose alors que les données sont réparties régulièrement dans la classe, et on interpole.

Retour au début : si ta taille est au centile $85$, tu es plus grand que (ou aussi grand que) environ $85\,\%$ des enfants de ton âge. C'est une position, pas une valeur.

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Lors du bilan de santé annuel, le pédiatre dit aux parents d'un enfant que sa taille se situe au centile $85$ ($P_{85}$) pour son âge. Expliquer en détail ce que…

Lors du bilan de santé annuel, le pédiatre dit aux parents d'un enfant que sa taille se situe au centile $85$ ($P_{85}$) pour son âge. Expliquer en détail ce que signifie cette donnée statistique par rapport aux autres enfants du même âge.

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Le temps, en minutes, que passe chaque jour un groupe de 40 adolescents sur les réseaux sociaux a été regroupé dans le tableau suivant : | Temps (min) | $[30\,;\,60[$ |…

Le temps, en minutes, que passe chaque jour un groupe de 40 adolescents sur les réseaux sociaux a été regroupé dans le tableau suivant :

Temps (min) $[30\,;\,60[$ $[60\,;\,90[$ $[90\,;\,120[$ $[120\,;\,150[$ $[150\,;\,180[$
Effectif 4 10 14 8 4

Identifier la classe médiane et calculer la valeur exacte de la médiane en utilisant la formule d'interpolation linéaire.

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La quantité de pluie mensuelle, en mm, relevée dans une région pendant plusieurs années est regroupée dans le tableau suivant : | Pluie (mm) | $[10 ; 30[$ | $[30 ; 50[$…

La quantité de pluie mensuelle, en mm, relevée dans une région pendant plusieurs années est regroupée dans le tableau suivant :

Pluie (mm) $[10 ; 30[$ $[30 ; 50[$ $[50 ; 70[$ $[70 ; 90[$ $[90 ; 110[$
Mois 8 15 22 10 5

Déterminer la valeur de $k$ telle que le percentile $P_k$ soit exactement égal à $65$ mm. Quel pourcentage de mois a connu moins de pluie que cette quantité ?

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L'essentiel

Voir tous les exercices de cette partie