Calcul de moyenne pondérée et écart-type

Énoncé

Un contrôle de mathématiques a donné les résultats suivants : | Note | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 | |------|:-:|:-:|:--:|:--:|:--:|:--:|:--:| | Effectif | 2 | 3 | 5 | 8 | 6 | 4 | 2 | a) Calculer la moyenne x de cette série. b) Calculer la variance V et l'écart-type . c) Quel pourcentage de notes se trouve dans l'intervalle [x - \;;\; x + ] ?

Indice : x = n_i x_i{N} et V = n_i (x_i - {x)^2}{N}.

Correction

  1. Étape 1 : Trois calculs enchaînés, où chaque résultat sert au suivant — et une dernière question qui donne enfin du sens à l'écart type. L'enchaînement, dans cet ordre : 1. x, la moyenne pondérée par les effectifs ; 2. V, moyenne des carrés des écarts à x, pondérée elle aussi ; 3. = V ; 4. l'interprétation : combien de valeurs tombent dans [x - \,;\, x + ]. ⚠️ L'étape 2 est celle qu'on rate : les effectifs interviennent aussi dans la variance. Traiter les 7 notes comme si chacune comptait une fois donnerait un résultat entièrement faux.
  2. Étape 2 : a) L'effectif total : N = 2+3+5+8+6+4+2 = 30. La somme pondérée : 2 6 + 3 8 + 5 10 + 8 12 + 6 14 + 4 16 + 2 18 = 12 + 24 + 50 + 96 + 84 + 64 + 36 = 366 [formule] Contrôle : 12{,}2 est bien entre 6 et 18, et proche de 12 qui est la note la plus fréquente ✓

    x = 12{,}2

  3. Étape 3 : b) Chaque écart au carré est multiplié par son effectif : V = 1{30}[2(6-12{,}2)^2 + 3(8-12{,}2)^2 + 5(10-12{,}2)^2 + 8(12-12{,}2)^2 + 6(14-12{,}2)^2 + 4(16-12{,}2)^2 + 2(18-12{,}2)^2] En calculant chaque terme : V = 2(38{,44) + 3(17{,}64) + 5(4{,}84) + 8(0{,}04) + 6(3{,}24) + 4(14{,}44) + 2(33{,}64)}{30} V = 76{,88 + 52{,}92 + 24{,}20 + 0{,}32 + 19{,}44 + 57{,}76 + 67{,}28}{30} = 298{,80}{30} = 9{,}96 [formule]

    V = 9{,}96 ; 3{,}16

  4. Étape 4 : c) L'intervalle demandé : [x - \,;\, x + ] [12{,}2 - 3{,}16 \,;\, 12{,}2 + 3{,}16] = [9{,}04 \,;\, 15{,}36] Quelles notes du tableau s'y trouvent ? Les notes 10, 12 et 14 — pas 8 (trop bas) ni 16 (trop haut). Leurs effectifs : 5 + 8 + 6 = 19 élèves. [formule]

    63\% des notes dans [x - \,;\, x + ]

  5. Étape 5 : 👉 Ce résultat n'est pas anodin, et c'est tout l'intérêt de la question c). Sur la plupart des séries réparties « en cloche » autour de leur moyenne, environ 68 % des valeurs se trouvent à moins d'un écart type de celle-ci. Les 63 % trouvés ici en sont très proches. C'est ce qui donne à son sens concret : ce n'est pas un nombre abstrait, c'est la distance dans laquelle se trouve environ deux tiers de l'effectif. Dit autrement : « moyenne 12,2, écart type 3,16 » signifie que les deux tiers des élèves ont entre 9 et 15,4.
  6. Étape 6 : L'erreur classique : Oublier les effectifs dans le calcul de la variance, et faire la moyenne des 7 carrés d'écarts comme s'il y avait 7 élèves. On diviserait par 7 au lieu de 30, et l'on traiterait la note 12 (8 élèves) comme la note 18 (2 élèves). Le résultat n'aurait aucun rapport avec la série. À retenir : L'ordre : x, puis V pondérée, puis . 👉 Et l'interprétation qui rend utile : environ deux tiers des valeurs se trouvent dans [x - \,;\, x + ]. C'est cette lecture qui transforme un calcul en information.