• Jaouad Madkour
  • Accueil
  • Licence
  • Master
  • Doctorat
  • Informatique
  • Publications
  • À propos

Statistique inférentielle

Proportion et variance

Statistique inférentielle
  • Présentation du cours
  • La troisième face
  • Échantillonner
  • La distribution d'échantillonnage de la moyenne
  • Proportion et variance
  • Les trois lois de l'inférence
  • Estimateur et biais
  • Les qualités d'un estimateur
  • Construire un estimateur
  • Le principe de l'intervalle de confiance
  • L'intervalle pour une moyenne
  • Proportion et variance : les intervalles
  • Choisir la taille de l'échantillon
  • La logique d'un test
  • Les deux risques et la puissance
  • La p-value
  • Tester une moyenne, tester une proportion
  • Comparer deux groupes
  • L'analyse de la variance
  • Les tests du khi-deux
  • La régression devient un modèle
  • Tester un coefficient
  • Mise en œuvre sur R et Python

Statistique inférentielle

Chapitre 3 : Proportion et variance

Auteur·rice
Affiliation

Jaouad Madkour

Faculté d’Économie et de Gestion de Tanger

Date de publication

24 septembre 2026

La proportion

Une proportion est une moyenne

Le déguisement

Posons X_i = 1 si l’individu possède le caractère étudié, 0 sinon. Alors

F = \frac{X_1 + \cdots + X_n}{n} = \overline{X}

La fréquence observée est la moyenne d’une variable indicatrice.

Tout le chapitre 2 s’applique sans un mot de plus

Il suffit de savoir que pour une indicatrice, E(X_i) = p et \sigma(X_i) = \sqrt{p(1-p)} — c’est la loi de Bernoulli.

E(F) = p \qquad\qquad \sigma(F) = \sqrt{\frac{p(1-p)}{n}}

Aucun résultat nouveau : la même formule, avec un \sigma particulier.

Sa distribution d’échantillonnage

Les conditions de validité

Quand peut-on lire une table normale

np \geq 5 \qquad\text{et}\qquad n(1-p) \geq 5

Ces deux conditions viennent directement de l’approximation normale de la binomiale, chapitre 17 des probabilités.

Sur nos données

Proportion de diplômés Bac+5 dans la population : p = 0{,}214.

n = 20 : \;np = 4{,}3 — insuffisant, la figure montre une loi encore visiblement discrète. n = 50 : \;np = 10{,}7 et n(1-p) = 39{,}3 — les deux conditions sont remplies.

Un maximum utile à connaître

Le pire cas est en p = 0{,}5

La fonction p(1-p) est maximale en p = 0{,}5, où elle vaut 0{,}25.

\sigma(F) \leq \frac{0{,}5}{\sqrt{n}} \qquad \text{quelle que soit la valeur de } p

Pourquoi les instituts annoncent toujours la même marge

Ne connaissant pas p avant l’enquête, on dimensionne au cas le plus défavorable.

C’est pourquoi la marge d’erreur publiée est la même quel que soit le résultat : elle est majorée, donc valable pour toutes les questions du questionnaire à la fois.

La variance

L’énigme du dénominateur

Ce que la figure établit

Deux formules, deux comportements

s_n^2 = \frac{1}{n}\sum_i (x_i - \overline{x})^2 \qquad\qquad s^2 = \frac{1}{n-1}\sum_i (x_i - \overline{x})^2

La première sous-estime systématiquement \sigma^2. La seconde est sans biais : E(s^2) = \sigma^2.

La raison, en une phrase

Les écarts sont mesurés à \overline{x}, qui est calculé sur le même échantillon et se place donc au plus près des points.

La somme des carrés obtenue est ainsi la plus petite possible — plus petite que si l’on avait mesuré les écarts au vrai m, que l’on ignore. On sous-estime nécessairement la dispersion.

Le degré de liberté

Ce que le n-1 compte

Une fois \overline{x} calculé, les n écarts (x_i - \overline{x}) ne sont plus libres : leur somme est nulle par construction.

Connaissant n-1 d’entre eux, le dernier est déterminé. Il n’y a donc que n-1 écarts réellement indépendants : c’est le nombre de degrés de liberté.

Une règle qui reviendra sans cesse

On perd un degré de liberté par paramètre estimé à partir des données.

Ici, un seul : m, remplacé par \overline{x}. Au chapitre 19, la régression en estimera deux — pente et ordonnée — et le dénominateur sera n-2. Le principe ne change jamais.

Sur nos deux jeux de chiffres

Population et échantillon
Formule Valeur
Population (N=500) division par N \sigma = 2\,598{,}10
Échantillon (n=50) division par n-1 s = 2\,250{,}98
Le point de vocabulaire

Sur la population, on divise par N : ce n’est pas une estimation, c’est une définition. Le cours de descriptive faisait cela.

Sur un échantillon dont on veut estimer \sigma, on divise par n-1. Les deux formules sont correctes, chacune dans son rôle — et c’est pourquoi les calculatrices proposent les deux touches.

La loi de s^2

Le résultat, pour une population normale

\frac{(n-1)\,s^2}{\sigma^2} \;\sim\; \chi^2_{n-1}

La variance d’échantillon, correctement normalisée, suit une loi du khi-deux à n-1 degrés de liberté.

Cela n’a rien d’étonnant

s^2 est une somme de carrés d’écarts. Or le khi-deux a été défini, au chapitre 18 des probabilités, comme une somme de carrés de normales centrées réduites.

Le degré de liberté n-1 est le même que celui du dénominateur : ce n’est pas une coïncidence, c’est la même perte d’information.

Ce qu’il faut retenir

Le résumé du chapitre

Six points
  1. Une proportion est une moyenne d’indicatrices : tout le chapitre 2 s’y applique.
  2. E(F) = p et \sigma(F) = \sqrt{p(1-p)/n}.
  3. Conditions de normalité : np \geq 5 et n(1-p) \geq 5.
  4. p(1-p) est maximal en 0{,}5 : c’est le cas défavorable, et donc celui qu’annoncent les sondeurs.
  5. La variance d’échantillon se divise par n-1 : les écarts sont mesurés à \overline{x}, ce qui les rend trop petits.
  6. Un degré de liberté perdu par paramètre estimé — la règle vaudra jusqu’à la régression.
La suite

Trois distributions d’échantillonnage sont maintenant établies : moyenne, proportion, variance.

Deux d’entre elles font apparaître des lois que le cours de probabilités avait présentées sans dire à quoi elles servaient. Le chapitre 4 boucle cette dette.

← Chapitre précédentLa distribution d'échantillonnage de la moyenne Chapitre suivant →Les trois lois de l'inférence

Ressources du chapitre

  • Diapositives
  • Polycopié du chapitre
  • Exercices corrigés
  • Application interactive
  • — Vidéo
  • QCM (bientôt)

© 2026 Jaouad Madkour · jmadkour.org

jmadkour@uae.ac.ma

construit avec Quarto