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🎯 Dans cette leçon, tu vas apprendre à
Représenter une série à deux variables, mesurer la corrélation et effectuer un ajustement linéaire.
La leçon
👋 Introduction
Une coopérative agricole du Kwilu note, pour cinq champs, le nombre de sacs d’engrais utilisés et la récolte de maïs obtenue. Les deux grandeurs semblent liées : plus d’engrais, plus de maïs. Mais à quel point ? Une série statistique à deux variables permet de mesurer cette liaison avec le coefficient de corrélation, puis de prévoir une récolte grâce à une droite d’ajustement.
📘 Explication
Nuage de points et point moyen
On étudie n couples (xi;yi). Placés dans un repère, ils forment un nuage de points. Le point moyen est G(xˉ;yˉ) avec xˉ=n1∑xi,yˉ=n1∑yi. Si le nuage a une forme allongée, on peut chercher une droite qui le résume : c’est un ajustement linéaire.
Méthode de Mayer (ajustement rapide) : on partage le nuage, rangé selon les xi, en deux groupes de même effectif (ou presque), on calcule le point moyen G1 et G2 de chaque groupe, et on trace la droite (G1G2). Elle passe aussi par G.
📘 Explication
Variance, covariance, corrélation
Variance : V(x)=n1∑xi2−xˉ2 ; écart-type : σx=V(x) (de même pour y).
Covariance : cov(x,y)=n1∑xiyi−xˉyˉ.
Coefficient de corrélation linéaire : r=σxσycov(x,y), avec −1≤r≤1.
Interprétation :
r proche de 1 : forte corrélation positive (les points sont presque alignés sur une droite croissante) ;
r proche de −1 : forte corrélation négative (droite décroissante) ;
r proche de 0 : pas de liaison linéaire.
En pratique, on juge souvent l’ajustement linéaire justifié lorsque ∣r∣ dépasse environ 0,87.
📘 Explication
Droite des moindres carrés
La droite de régression de y en x est la droite y=ax+b qui rend minimale la somme des carrés des écarts verticaux. Elle vérifie a=V(x)cov(x,y),b=yˉ−axˉ. Elle passe toujours par le point moyen G. On l’utilise pour faire des prévisions : pour une valeur x0, on estime y0=ax0+b. Une prévision est d’autant plus fiable que ∣r∣ est proche de 1 et que x0 reste proche des valeurs observées.
✏️ Exemple résolu
Problème : Voici les données de la coopérative (x : sacs d’engrais, y : récolte en tonnes).
xi
1
2
3
4
5
yi
3
5
6
8
8
Calcule le point moyen, la covariance et le coefficient de corrélation.
Étape 1 :xˉ=515=3 et yˉ=530=6, donc G(3;6).
Étape 2 :∑xiyi=3+10+18+32+40=103, donc cov(x,y)=5103−3×6=20,6−18=2,6.
Étape 3 :V(x)=555−9=2 et V(y)=5198−36=3,6.
Étape 4 :r=2×3,62,6=7,22,6≈0,97.
Réponse :G(3;6), cov(x,y)=2,6, r≈0,97 : forte corrélation positive.
✏️ Exemple résolu
Problème : Avec les mêmes données, trouve la droite de régression de y en x et estime la récolte pour 6 sacs d’engrais.
Étape 1 :a=V(x)cov(x,y)=22,6=1,3.
Étape 2 :b=yˉ−axˉ=6−1,3×3=2,1. La droite est y=1,3x+2,1.
Étape 3 : Contrôle : pour x=3, y=3,9+2,1=6 ; la droite passe bien par G.
Étape 4 : Pour x=6 : y=1,3×6+2,1=9,9.
Réponse :y=1,3x+2,1 ; environ 9,9 tonnes pour 6 sacs.
⚠️ Attention
Attention : Dans la covariance et la variance, on soustrait le produit des moyennesxˉyˉ (ou xˉ2), pas la moyenne des produits. Et une forte corrélation ne prouve pas qu’une grandeur est la cause de l’autre : elle indique seulement que les points sont presque alignés.
⭐ À retenir
Point moyen G(xˉ;yˉ).
V(x)=n1∑xi2−xˉ2 ; cov(x,y)=n1∑xiyi−xˉyˉ.
r=σxσycov(x,y)∈[−1;1] ; ∣r∣ proche de 1 : forte liaison linéaire.
Droite de régression : a=V(x)cov(x,y), b=yˉ−axˉ ; elle passe par G.
Prévision : y0=ax0+b, avec prudence loin des données.
✍️ Exercices
Réponds à un exercice à la fois. Ta réponse est corrigée aussitôt, avec une explication.
Exercice 1 sur 9
★ Facile
Quatre élèves notent leurs heures de révision x et leur note y sur 20 : (2;9), (4;11), (6;14), (8;16). Calcule yˉ.