Estimation et intervalles

Exercice 2 - Exercice 1

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Cet exercice est un questionnaire à choix multiples.
Pour chacune de ces questions, une seule des réponses proposées est exacte.
On demande bien sûr de justifier.
Question 1

Pour estimer le pourcentage de personnes satisfaites d'une nouvelle émission de télévision, on a effectué un sondage.
Un intervalle de confiance au seuil de 0,950,95 de la proportion pp d'opinions favorables dans l'échantillon aléatoire est [0,2975;0,3575]\left[0,2975;0,3575\right].
La taille nn de l'échantillon est :
  • 11121112
  • 11111111
  • 10001000

Correction
La bonne réponse est a.
De manière générale, l'amplitude pour un intervalle de confiance est donnée par la formule 2n\frac{2}{\sqrt{n} } .
Dans notre exemple on a donc 0,35750,2975=0,060,3575-0,2975=0,06
Nous devons résoudre l'inéquation 2n=0,06\frac{2}{\sqrt{n} } =0,06.
Ainsi :
2n=0,06\frac{2}{\sqrt{n} } =0,06 équivaut successivement à
2n=0,061\frac{2}{\sqrt{n} } =\frac{0,06}{1}
n2=10,06\frac{\sqrt{n} }{2} =\frac{1}{0,06} ( si a=ba=b alors 1a=1b\frac{1}{a} =\frac{1}{b} )
n=20,06\sqrt{n} =\frac{2}{0,06}
n=(20,06)2n=\left(\frac{2}{0,06} \right)^{2}
Finalement
n=1112n=1112
( N'oubliez pas d'arrondir à l'entier supérieur )
Question 2

Dans une classe de 3838 élèves, il y a 88 fans de Barcelone FC.
Dans le lycée (10001000 personnes), il y a 100100 fans.
Voici l'intervalle de fluctuation du lycée I=[0,08;0,12]I=\left[0,08;0,12\right]
La classe étudiée est-elle en conformité avec le lycée ?
  • Oui
  • Non

Correction
La bonne réponse est b.
La fréquence observé de fans de Barcelone FC est de fobs=8380,21f_{obs} =\frac{8}{38} \approx 0,21
Or fobs[0,08;0,12]f_{obs} \notin \left[0,08;0,12\right] donc la classe n'est pas en conformité avec le lycée.
Question 3

Lorsque l'on calcule un intervalle de confiance ou un intervalle de fluctuation, on prend nn égal à la population (par exemple le nombre de personnes de plus de 3030 ans, le nombre de personnes votant pour le candidat A, etc.
Que se passe-t-il lorsque nn augmente ?
  • La largeur entre les intervalles diminue.
  • La largeur entre les intervalles augmente.
  • La largeur entre les intervalles ne change pas.

Correction
La bonne réponse est c.
La largeur diminue. C'est pour cela que pour avoir un bon sondage, il faut avoir un maximum de personnes interrogées.
Si l'on regarde les formules, c'est plutôt simple à deviner : la partie que l'on ajoute ou que l'on retire à pp ou à ff est divisée par racine de nn donc plus nn est grand, plus la partie sera petite.
Question 4

Un réseau social FUSEBOOC affirme que 91%91\% de ses utilisateurs âgés entre 1414 et 2020 ans sont connectés 500500 minutes par semaine.
Pour vérifier cette affirmation, un cabinet indépendant a interrogé 100100 utilisateurs de FUSEBOOC.
Sur ce lot, on a constaté que 1313 utilisateurs sont connectés moins de 500500 minutes par semaine.
Le résultat de ce test remet-il en question l'affirmation du réseau social FUSEBOOC ?
  • Oui
  • Non

Correction
La réponse est a.
Il faut vérifier les conditions suivantes : n30n\ge 30 , np5np\ge 5 et n(1p)5n\left(1-p\right)\ge 5. Ici p=0,91p=0,91 et n=100n=100
10030100\ge 30 donc n30n\ge 30
100×0,91=91100\times 0,91=91 donc np5np\ge 5
100×(10,91)=9100\times \left(1-0,91\right)=9 donc n(1p)5n\left(1-p\right)\ge 5

Les trois conditions sont réalisées , on peut donc calculer l'intervalle de fluctuation asymptotique au seuil de 95%95\% .
On a alors :
I=[p1,96×p×(1p)n;p+1,96×p×(1p)n]I=\left[p-1,96\times \frac{\sqrt{p\times \left(1-p\right)} }{\sqrt{n} } ;p+1,96\times \frac{\sqrt{p\times \left(1-p\right)} }{\sqrt{n} } \right]
I=[0,911,96×0,91×(10,91)100;0,91+1,96×0,91×(10,91)100]I=\left[0,91-1,96\times \frac{\sqrt{0,91\times \left(1-0,91\right)} }{\sqrt{100} } ;0,91+1,96\times \frac{\sqrt{0,91\times \left(1-0,91\right)} }{\sqrt{100} } \right]
I=[0,853;0,967]I=\left[0,853;0,967\right]

Ici 0,8530,853 est une valeur approchée par défaut de 0,911,96×0,91×(10,91)1000,91-1,96\times \frac{\sqrt{0,91\times \left(1-0,91\right)} }{\sqrt{100} }
Ici 0,9670,967 est une valeur approchée par excès de 0,91+1,96×0,91×(10,91)1000,91+1,96\times \frac{\sqrt{0,91\times \left(1-0,91\right)} }{\sqrt{100} }

Or fobs[0,853;0,967]f_{obs} \in \left[0,853;0,967\right], donc la machine à sous fonctionne correctement.
Dans l'échantillon, nous avons 1313 utilisateurs qui sont connectés moins de 500 minutes par semaine.
Autrement dit, nous avons 8787 utilisateurs qui sont connectés plus de 500500 minutes par semaine.
Ainsi fobs=87100=0,87f_{obs} =\frac{87}{100} =0,87
Or fobs[0,853;0,967]f_{obs} \in \left[0,853;0,967\right], donc l'affirmation du réseau social FUSEBOOC est vraie.
Question 5

Une chocolaterie vend un lot de 1000010000 tablettes de chocolat à une enseigne de la grande distribution.
Elle affirme au responsable achat de l'enseigne que, dans ce lot, 90%90\% des tablettes ont un pourcentage de cacao appartenant à l'intervalle [0,817;0,883]\left[0,817;0,883\right].
Afin de vérifier si cette affirmation n'est pas mensongère, le responsable achat fait prélever 550550 tablettes au hasard dans le lot et constate que, sur cet échantillon, 8080 ne répondent pas au critère.
Au vu de l'échantillon prélevé, que peut-on conclure quant à l'affirmation de la chocolaterie ?
Utilisez un intervalle de fluctuation au seuil de 95%95\%.

Correction
Il faut vérifier les conditions suivantes : n30n\ge 30 , np5np\ge 5 et n(1p)5n\left(1-p\right)\ge 5.
Ici p=0,9p=0,9 et n=550n=550
55030550\ge 30 donc n30n\ge 30
550×0,9=495550\times 0,9=495 donc np5np\ge 5
550×(10,9)=55550\times \left(1-0,9\right)=55 donc n(1p)5n\left(1-p\right)\ge 5

Les trois conditions sont réalisées , on peut donc calculer l'intervalle de fluctuation asymptotique au seuil de 95%95\% .
On a alors :
I=[p1,96×p×(1p)n;p+1,96×p×(1p)n]I=\left[p-1,96\times \frac{\sqrt{p\times \left(1-p\right)} }{\sqrt{n} } ;p+1,96\times \frac{\sqrt{p\times \left(1-p\right)} }{\sqrt{n} } \right]
I=[0,91,96×0,9×(10,9)550;0,9+1,96×0,9×(10,9)550]I=\left[0,9-1,96\times \frac{\sqrt{0,9\times \left(1-0,9\right)} }{\sqrt{550} } ;0,9+1,96\times \frac{\sqrt{0,9\times \left(1-0,9\right)} }{\sqrt{550} } \right]
I=[0,874;0,926]I=\left[0,874;0,926\right]

Ici 0,8740,874 est une valeur approchée par défaut de 0,91,96×0,9×(10,9)5500,9-1,96\times \frac{\sqrt{0,9\times \left(1-0,9\right)} }{\sqrt{550} }
Ici 0,9260,926 est une valeur approchée par excès de 0,9+1,96×0,9×(10,9)5500,9+1,96\times \frac{\sqrt{0,9\times \left(1-0,9\right)} }{\sqrt{550} }

Dans l'échantillon, nous avons 80 tablettes qui ne répondent pas au critère.
Autrement dit, nous avons 470 tablettes qui répondent pas au critère.
Ainsi : fobs=4705500,854f_{obs} =\frac{470}{550} \approx 0,854
Or fobs[0,874;0,926]f_{obs} \notin \left[0,874;0,926\right].
Donc on peut remettre en cause l'affirmation de la chocolaterie.
Question 6

Sachant qu'un intervalle de confiance à 95%95\% a une amplitude pour n=100n=100 égale à AA, son amplitude pour n=10000n=10000 est alors égale à :
  • 100A100A
  • 10A10A
  • A10\frac{A}{10}
  • A100\frac{A}{100}

Correction
La bonne réponse est c.
L'amplitude pour un intervalle de confiance 95% est donnée par la formule 2n\frac{2}{\sqrt{n} } .
On sait que qu'un intervalle de confiance à 95% avec une amplitude pour n=100n=100 égale à AA, ainsi 2100=A\frac{2}{\sqrt{100} } =A ou encore A=15A=\frac{1}{5}
Si l'on souhaite déterminer l'amplitude lorsque n=10000n=10000 alors celle si sera égale à 210000\frac{2}{\sqrt{10000} } .
Or 210000=150\frac{2}{\sqrt{10000} } =\frac{1}{50} et comme A=15A=\frac{1}{5} alors 210000=A10\frac{2}{\sqrt{10000} } =\frac{A}{10}
Question 7

Mesdames AA et BB se présentent à une élection nationale.
Un sondage effectué sur un échantillon de nn personnes (où n>50n>50) donne 52%52\% des suffrages à AA et 48%48\% à BB.
Soit pp la proportion des votants pour madame AA.
Pour n=400n=400, un intervalle de confiance de pp, au niveau de 95%95\% est :
  • [0,47;0,57]\left[0,47;0,57\right]
  • [0,45;0,59]\left[0,45;0,59\right]
  • [0,5;0,54]\left[0,5;0,54\right]
  • [0,49;0,55]\left[0,49;0,55\right]

Correction
La bonne réponse est a.
Dans l'exercice , nous avons fobs=52100f_{obs} =\frac{52}{100} donc fobs=0,52f_{obs} =0,52.
Or n=40030n=400\ge 30
400×0,52=208400\times 0,52=208 donc n×fobs5n\times f_{obs} \ge 5
400×(10,52)=192400\times \left(1-0,52\right)=192 donc n×(1fobs)5n\times \left(1-f_{obs} \right)\ge 5

Les trois conditions sont réalisées, on peut donc calculer l'intervalle de confiance.
Il vient alors :
I=[0,521400;0,52+1400]I=\left[0,52-\frac{1}{\sqrt{400} } ;0,52+\frac{1}{\sqrt{400} } \right] donc I=[0,52;0,65]I=\left[0,52;0,65\right]
I=[0,52120;0,52+120]I=\left[0,52-\frac{1}{20} ;0,52+\frac{1}{20} \right]
I=[0,520,05;0,52+0,05]I=\left[0,52-0,05;0,52+0,05\right]
I=[0,47;0,57]I=\left[0,47;0,57\right]
Question 8

Mesdames AA et BB se présentent à une élection nationale.
Un sondage effectué sur un échantillon de nn personnes (où n>50n>50) donne 52%52\% des suffrages à AA et 48%48\% à BB.
Le nombre minimal de personnes interrogées permettant d'affirmer, au niveau 95%95\% que madame AA dépassera strictement 50%50\% des intentions de vote est :
  • 15011501
  • 20012001
  • 25012501
  • 30013001

Correction
La bonne réponse est a.
Ici on connait la valeur de la fréquence observée sur l'échantillon qui est f=0,52f=0,52.
On souhaite donc construire un intervalle de confiance de la forme [f1n;f+1n]\left[f-\frac{1}{\sqrt{n} } ;f+\frac{1}{\sqrt{n} } \right]où la borne inférieure f1nf-\frac{1}{\sqrt{n} } doit être strictement supérieure à 0,5 .
Ainsi :
f1n>0,5f-\frac{1}{\sqrt{n} } >0,5 équivaut successivement à
0,521n>0,50,52-\frac{1}{\sqrt{n} } >0,5
1n>0,50,52-\frac{1}{\sqrt{n} } >0,5-0,52
1n>0,02-\frac{1}{\sqrt{n} } >-0,02
1n<0,02\frac{1}{\sqrt{n} } <0,02 (on a multiplié par 1-1, on change donc le sens de l'inéquation)
n>10,02\sqrt{n} >\frac{1}{0,02} (on inverse les quotients , on change donc aussi le sens de l'inéquation)
n>(10,02)2n>\left(\frac{1}{0,02} \right)^{2}
n>2500n>2500, donc
n2501n\ge 2501
.