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Statistiques · Statistiques à deux variables

Tableau des effectifs

Jusqu'ici, tu as étudié une seule variable à la fois : la note d'un contrôle, la taille d'un groupe d'élèves. Mais beaucoup de questions croisent deux variables sur les mêmes individus : plus on travaille, a-t-on de meilleures notes ? Plus on est grand, plus on est lourd ? Pour étudier cela, il faut observer les deux variables ensemble, pour chaque personne.

Deux variables, un seul tableau

Chaque case intérieure contient un effectif conjoint $n_{ij}$ : le nombre d'individus qui ont à la fois $X=x_i$ et $Y=y_j$.

La fréquence conjointe d'une case est $h_{ij}=\dfrac{n_{ij}}{N}$, où $N$ est l'effectif total. Inversement, si l'on connaît les fréquences et $N$, on retrouve l'effectif : $n_{ij}=h_{ij}\times N$. Par exemple, avec $N=40$ et $h_{ij}=0{,}15$, on a $n_{ij}=0{,}15\times 40=6$. La somme de toutes les fréquences conjointes vaut $1$ ; si l'on connaît seulement un effectif marginal et la somme des fréquences de sa ligne, on obtient $N$ en divisant : ligne de fréquences $0{,}2+0{,}3=0{,}5$ et total de ligne $30$ donnent $N=30\div 0{,}5=60$.

Quand une variable prend beaucoup de valeurs (une taille en cm, par exemple), on la regroupe en classes : chaque ligne ou colonne correspond à un intervalle comme $[160\,;\,170[$, et l'effectif conjoint compte les individus dont la valeur est dans cet intervalle. Pour les calculs, on remplace chaque classe par son centre : pour $[160\,;\,170[$, c'est $\dfrac{160+170}{2}=165$.

Les variables ne sont pas toujours des nombres : un tableau à double entrée peut aussi croiser deux variables qualitatives (des catégories).

Repère où chaque point représente un individu avec sa taille en abscisse et sa masse en ordonnée X (taille) Y (masse) chaque point est une personne : son couple (taille ; masse)
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Lors d'une enquête auprès de $20$ élèves, on a posé des questions sur le nombre de frères et sœurs ($X$) et le nombre d'animaux de compagnie ($Y$). Les résultats…

Lors d'une enquête auprès de $20$ élèves, on a posé des questions sur le nombre de frères et sœurs ($X$) et le nombre d'animaux de compagnie ($Y$). Les résultats figurent dans le tableau à double entrée suivant :

$X \setminus Y$ $0$ $1$ $2$
0 $2$ $4$ $1$
1 $3$ $5$ $2$
2 $1$ $1$ $1$

Indiquer combien d'élèves ont exactement $1$ frère ou sœur et $2$ animaux de compagnie, et vérifier que la somme de tous les effectifs conjoints est égale au nombre total d'élèves interrogés.

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Construire le tableau à partir de couples

Souvent, les données ne sont pas déjà dans un tableau : on a une liste de couples $(x\,;\,y)$, un par individu. Il faut compter combien de fois apparaît chaque couple.

Schéma : de la liste de couples au tableau, en comptant les répétitions de chaque couple liste de couples(x ; y) un trait pour chaquerépétition du couple tableau compter =construire le tableau
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On a demandé à $10$ personnes le nombre de fois où elles vont au cinéma par mois ($X$) et le nombre de livres qu'elles lisent par mois ($Y$). Les réponses obtenues pour…

On a demandé à $10$ personnes le nombre de fois où elles vont au cinéma par mois ($X$) et le nombre de livres qu'elles lisent par mois ($Y$). Les réponses obtenues pour chaque individu $(X,Y)$ sont :

$(1, 0), (2, 1), (1, 0), (3, 2), (2, 1), (1, 1), (3, 2), (2, 0), (1, 0), (2, 1)$.

Construire le tableau à double entrée correspondant à ces deux variables en indiquant les effectifs conjoints.

Vous pouvez le faire sur papier et envoyer une photo de votre réponse.

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Dans une étude sur les familles, on a relevé le nombre de voitures ($X$) et le nombre de vélos ($Y$). On sait que la variable $X$ prend les valeurs $0, 1, 2$ et que la…

Dans une étude sur les familles, on a relevé le nombre de voitures ($X$) et le nombre de vélos ($Y$). On sait que la variable $X$ prend les valeurs $0, 1, 2$ et que la variable $Y$ prend les valeurs $0, 1$. Construire le tableau à double entrée sachant que :

  • Il y a $2$ familles avec $(0\,;\,0)$ et $3$ familles avec $(0\,;\,1)$.

  • Il y a $4$ familles avec $(1\,;\,0)$ et $5$ familles avec $(1\,;\,1)$.

  • Il y a $1$ famille avec $(2\,;\,0)$ et $0$ familles avec $(2\,;\,1)$.

Vous pouvez le faire sur papier et envoyer une photo de votre réponse.

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Le nuage de points

La même information peut se représenter par un nuage de points : chaque couple $(x_i\,;\,y_j)$ est un point du plan. Si plusieurs individus ont le même couple, on écrit son effectif à côté du point (ou on agrandit le point).

Nuage de points où la taille des cercles et le nombre inscrit indiquent l'effectif conjoint de chaque couple X Y 3 1 2 4 1 2 5 le nombre dans le cercle est l'effectif conjoint
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Le nuage de points suivant montre les notes obtenues à deux épreuves d'aptitude, $X$ et $Y$, par un groupe de candidats. Les nombres à l'intérieur des cercles indiquent…

Le nuage de points suivant montre les notes obtenues à deux épreuves d'aptitude, $X$ et $Y$, par un groupe de candidats. Les nombres à l'intérieur des cercles indiquent l'effectif conjoint (le nombre de candidats ayant obtenu ce couple de notes). Construire le tableau à double entrée associé à ce graphique et calculer la moyenne marginale de l'épreuve $X$.

X Y 1 2 3 1 2 3 3 1 2 4 1 2 5

Vous pouvez le faire sur papier et envoyer une photo de votre réponse.

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Compléter un tableau incomplet

Une ligne dont le total est connu permet de trouver la case manquante par soustraction 2 ; a ; 0total = 5 a = 5 − 2 − 0 a = 3
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Compléter les totaux marginaux (lignes et colonnes) du tableau croisé suivant, qui relie le nombre d'heures de travail quotidien ($X$) et le nombre de matières où…

Compléter les totaux marginaux (lignes et colonnes) du tableau croisé suivant, qui relie le nombre d'heures de travail quotidien ($X$) et le nombre de matières où l'élève est en échec ($Y$) :

$X \setminus Y$ $0$ $1$ $2$ Total $X$
1 $1$ $3$ $2$
2 $4$ $1$ $0$
3 $0$ $2$ $2$
Total $Y$

Recopier le tableau dans votre cahier et remplir les cases vides avec les sommes correspondantes.

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Un tableau à double entrée montre la relation entre le nombre de buts marqués ($X$) et le nombre de buts encaissés ($Y$) par une équipe de football lors de plusieurs…

Un tableau à double entrée montre la relation entre le nombre de buts marqués ($X$) et le nombre de buts encaissés ($Y$) par une équipe de football lors de plusieurs matchs. Certaines cases intérieures ont été effacées, mais les totaux marginaux sont conservés.

$X \setminus Y$ $0$ $1$ $2$ Total $X$
0 $2$ $a$ $0$ $5$
1 $b$ $3$ $1$ $8$
2 $1$ $1$ $c$ $4$
Total $Y$ $7$ $7$ $3$ $17$

Calculer les valeurs inconnues $a$, $b$ et $c$ pour que le tableau soit cohérent.

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Dans un tableau à double entrée reliant deux variables $X$ et $Y$, l'effectif de la case correspondant à $X=2$ et $Y=3$ est une valeur inconnue $k$. | $X \setminus Y$ |…

Dans un tableau à double entrée reliant deux variables $X$ et $Y$, l'effectif de la case correspondant à $X=2$ et $Y=3$ est une valeur inconnue $k$.

$X \setminus Y$ $1$ $2$ $3$
1 $4$ $5$ $2$
2 $1$ $3$ $k$
3 $2$ $6$ $1$

Sachant que la taille totale de l'échantillon est $N=30$, déterminer la valeur de $k$ puis calculer l'écart type marginal de la variable $X$.

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Distributions conditionnelles et moyenne conditionnelle

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Le tableau suivant montre la relation entre l'âge de plusieurs jeunes ($X$) et le nombre d'heures qu'ils consacrent au sport par semaine ($Y$) : | $X \setminus Y$ | $2$…

Le tableau suivant montre la relation entre l'âge de plusieurs jeunes ($X$) et le nombre d'heures qu'ils consacrent au sport par semaine ($Y$) :

$X \setminus Y$ $2$ $4$ $6$
14 $5$ $3$ $1$
15 $2$ $6$ $4$
16 $1$ $2$ $5$

Écrire la distribution conditionnelle du nombre d'heures de sport ($Y$) pour les jeunes qui ont exactement $15$ ans ($X=15$).

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En utilisant le tableau de l'exercice précédent sur l'engrais ($X$) et la hauteur ($Y$) : | $X \setminus Y$ | $10$ | $15$ | $20$ | |:---:|:---:|:---:|:---:| | 5 | $2$ |…

En utilisant le tableau de l'exercice précédent sur l'engrais ($X$) et la hauteur ($Y$) :

$X \setminus Y$ $10$ $15$ $20$
5 $2$ $4$ $1$
10 $1$ $5$ $3$
15 $0$ $2$ $6$

Calculer la moyenne conditionnelle de la hauteur des plantes sachant qu'on leur a appliqué exactement $10\text{ g}$ d'engrais (c'est-à-dire calculer $\bar{y}_{X=10}$).

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Démontrer numériquement une propriété fondamentale des moyennes conditionnelles à l'aide du tableau suivant : | $X \setminus Y$ | $1$ | $3$ | $5$ |…

Démontrer numériquement une propriété fondamentale des moyennes conditionnelles à l'aide du tableau suivant :

$X \setminus Y$ $1$ $3$ $5$
2 $3$ $1$ $0$
4 $1$ $4$ $1$
6 $0$ $2$ $8$

Calculer d'abord les moyennes conditionnelles de $Y$ pour chaque valeur de $X$ : $\bar{y}_{X=2}$, $\bar{y}_{X=4}$ et $\bar{y}_{X=6}$. Calculer ensuite la moyenne marginale $\bar{y}$ et vérifier que la relation de la moyenne pondérée est satisfaite : $\bar{y} = \frac{\sum \bar{y}_{X=x_i} \cdot f_{i\bullet}}{N}$.

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Covariance

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On donne le tableau de contingence à double entrée suivant pour les variables discrètes $X$ et $Y$ : | $X \setminus Y$ | $2$ | $4$ | $6$ | |:---:|:---:|:---:|:---:| | 10…

On donne le tableau de contingence à double entrée suivant pour les variables discrètes $X$ et $Y$ :

$X \setminus Y$ $2$ $4$ $6$
10 $1$ $3$ $0$
20 $2$ $5$ $2$
30 $0$ $2$ $5$

Calculer la covariance $\sigma_{xy}$ de la distribution conjointe. Rappel : la formule de la covariance est $\sigma_{xy} = \frac{\sum x_i y_j f_{ij}}{N} - \bar{x}\bar{y}$.

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Vers la suite : organiser les couples dans un tableau, puis dans un nuage de points, permet de voir d'un coup d'œil si les deux variables évoluent ensemble (comme la taille et la masse) ou si elles semblent sans lien.

L'essentiel

Voir tous les exercices de cette partie