STATISTIQUES - PROPOSITION DE CORRIGÃ Exercice 1 Partie A
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STATISTIQUES - PROPOSITION DE CORRIGÃ Exercice 1 Partie A
STATISTIQUES - PROPOSITION DE CORRIGÉ OLIVIER COLLIER Exercice 1 Partie A : Statistique descriptive. (1) La population est constituée de 4 912 vaches, dont le caractère étudié est la quantité de lait, en gallon par semaine. Il s’agit d’un caractère quantitatif. (2) (3) La moyenne x ¯ est donnée par 1 · (123 × 10 + 726 × 14 + 1636 × 17 + 1530 × 20 + 821 × 24 + 76 × 30) 4912 ≈ 18, 69 à 10−2 près, x ¯= et l’écart-type est donné par 1 · 123 × (10 − x ¯)2 + 726 × (14 − x ¯)2 + 1636 × (17 − x ¯ )2 4912 + 1530 × (20 − x ¯)2 + 821 × (24 − x ¯)2 + 76 × (30 − x ¯)2 , s2 = d’où s ≈ 3, 65 à 10−2 près. (4) (a) Le premier quartile correspond à la 1 228ième vache, donc à l’intervalle de production [15, 5 18, 5[, qui lui correspond concerne les vaches de la 848ième à la 2 485ième . Par interpolation linéaire, on en déduit que la 1 228ième vache produit la quantité de lait Q1 = 15, 5 + 18, 5 − 15, 5 · (1228 − 849) ≈ 16, 19 gallons de lait par semaine, à 10−2 près. 2485 − 849 (b) Ce diagramme indique que la production de lait est fortement concentrée autour de la médiane. Partie B : Ajustement à une loi normale. (1) Si X ∼ N (µ, σ 2 ), alors X−µ σ ∼ N (0, 1). (2) Avec la calculatrice, on calcule que Π−1 (0, 03) ≈ −1, 88 et Π(0, 51) ≈ 0, 03 à 10−2 près. (3) (a) (b) Le coefficient de corrélation linéaire, √ Cov(X,Y ) √ , Var(X) Var(Y ) est environ égal à 0, 96, à 10−2 près. Comme ce coefficient est proche de 1, un ajustement linéaire est justifié. (c) La méthode des moindres carrés donne t ≈ −5, 58 + 0, 3 x. 1 2 OLIVIER COLLIER (d) Notons F la fonction de répartition de X et N une variable aléatoire suivant la loi N (0, 1). On a choisi t de telle sorte que Π(t) = F (x). Donc, selon le point précédent, F (x) = Π(−5, 58 + 0, 3 x) = P(N ≤ −5, 58 + 0, 3 x) 10 = P( N + 18, 60 ≤ x). 3 10 Or 3 N +18, 60 est une variable aléatoire de loi normale de moyenne 18, 60 et d’écarttype 10 3 , et F est la fonction de répartition de cette variable, donc X suit cette loi. Exercice 2 (1) (a) X suit une loi binômiale de paramètres 925 et 0, 32. (b) D’après le théorème central limite, la loi de X peut être approchée par une loi normale de paramètres 925 × 0, 32 et 925 × 0, 32 × 0, 68. (c) En notant Φ la fonction de répartition d’une loi gaussienne centrée réduite et en utilisant l’approximation précédente, on P(0, 30 × 925 ≤ X ≤ 0, 40 × 925) 0, 40 × 925 − 0, 32 × 925 0, 30 × 925 − 0, 32 × 925 √ √ ≈Φ −Φ 925 × 0, 32 × 0, 68 925 × 0, 32 × 0, 68 ≈ 0, 903 à 10−3 près. 46 (2) (a) L’estimation de son score est de 200 = 23%. (b) Appelons sˆ l’estimateur associé, qui compte le nombre de voix en faveur de la tête de liste et le divise par 200. 200ˆ s suit une loi binômiale de paramètres 200 et s, où s est le vrai score. On approxime cette loi par une loi normale de paramètres 200s et 200s(1 − s). Donc, avec probabilité au moins égale à 95%, on a p √ |200ˆ s − 200s| ≤ 1, 96 × 200s(1 − s) ≤ 1, 96 × 50, car on a p(1 − p) ≤ 1/4 quelque soit p compris entre 0 et 1. D’où l’intervalle à 95% pour le score : s ∈ sˆ − 3, 40, sˆ + 3, 40 = 19, 60 , 26, 40 . Exercice 3 Exercice 1. (1) Notons X1 , . . . , Xn1 les indicatrices des événements "le iième ménage de C1 possède le bien durable considéré", i = 1, . . . , n1 , et de même, notons Y1 , . . . , Yn2 les indicatrices des événements "le iième ménage de C2 possède le bien durable considéré", i = 1, . . . , n2 . Alors n P 1 P 2 F1 = n11 ni=1 Xi , F2 = n11 ni=1 Yi . 2 = p, donc les trois estimateurs sont sans biais. D’où E(F1 ) = E(F2 ) = E F1 +F 2 STATISTIQUES - PROPOSITION DE CORRIGÉ 3 (2) D’après les écritures précédentes, n1 F1 suit une loi binômiale de paramètres n1 et p, et n2 F2 suit une loi binômiale de paramètres n2 et p. p(1−p) F1 +F2 , Var(F ) = et Var (3) Calculons les variances des estimateurs : Var(F1 ) = p(1−p) = 2 n1 n2 2 p(1 − p) × 14 n11 + n12 . Supposons maintenant que n1 > n2 . Alors le premier estimateur est meilleur que le deuxième. D’autre part, le troisième estimateur est toujours meilleur que le deuxième, et est meilleur que le premier si et seulement si 1 1 1 1 + ⇔ n1 < 3 n2 . < 4 n1 n2 n1 L’estimateur F1 +F2 est sans biais si et seulement si a+b = 1, et sa variance est alors égale 2 2 p(1−p) . Notons f (a) = a2 + (1−a) pour tout réel a. f est une fonction à a2 p(1−p) n1 + (1 − a) n2 n1 n2 polynômiale du second degré, et son coefficient dominant est strictement positif, donc elle 1 admet un minimum pour a = a0 , n1n+n . Donc le meilleur estimateur non-biaisé de la 2 forme aF1 + bF2 est n2 n1 F1 + F2 . n1 + n2 n1 + n2