Statistique — tableau d'effectifs et histogramme
Quand on collecte des données — notes, tailles, nombre de frères — on obtient une longue liste difficile à lire. La statistique descriptive nous aide à organiser ces données de façon parlante : combien de fois apparaît chaque valeur, où se concentrent les données, quelles sont les valeurs atypiques. Dans cette page, nous apprendrons à construire un tableau d'effectifs et à choisir le graphique adapté.
Contexte et définitions de base
Commençons par les concepts essentiels :
- Effectif — nombre de fois qu'une valeur donnée apparaît dans les données.
- Fréquence relative — l'effectif divisé par le nombre total d'observations, \( \frac{f_i}{n} \). Elle indique quelle proportion des données correspond à chaque valeur, généralement exprimée en fraction décimale ou en pourcentage.
- Distribution des effectifs — le tableau complet qui associe à chaque valeur (ou classe) son effectif.
Le type de données détermine le graphique :
- Données discrètes — valeurs entières dénombrables (nombre de frères, nombre de livres). On utilise un diagramme en bâtons — des traits séparés qui ne se touchent pas, car entre les valeurs il n'y a pas de sens (il n'existe pas 2,5 frères).
- Données continues — valeurs dans un intervalle, mesurées (taille, durée, poids). On utilise un histogramme — des barres adjacentes, car les données s'écoulent en continu.
Quand il y a beaucoup de valeurs différentes, on les regroupe en classes (intervalles) comme 60–69, 70–79. Dans l'histogramme, la hauteur de chaque barre représente l'effectif de la classe.
Étapes de résolution
- Étape 1 — Listez toutes les valeurs possibles (ou les classes) dans une colonne, de la plus petite à la plus grande.
- Étape 2 — Parcourez les données et marquez un trait de pointage pour chaque valeur ; comptez pour obtenir l'effectif.
- Étape 3 — Vérifiez : la somme de tous les effectifs doit être égale au nombre total d'observations \( n \).
- Étape 4 — Si nécessaire, calculez la fréquence relative : \( \frac{f_i}{n} \) pour chaque ligne.
- Étape 5 — Déterminez le type de données : discrètes → diagramme en bâtons, continues → histogramme.
- Étape 6 — Tracez le graphique : la hauteur de chaque bâton/barre est égale à l'effectif, avec des axes clairement étiquetés.
Exemples résolus
Exemple 1 : Construction d'un tableau d'effectifs
Énoncé : On donne le nombre d'animaux de compagnie de 10 élèves : 0, 1, 1, 2, 0, 3, 1, 2, 1, 0. Quel est l'effectif de la valeur 1 ?
Solution :
- Marquons et comptons le nombre d'apparitions de chaque valeur.
- La valeur 1 apparaît chez les élèves : 1, 1, 1, 1 — soit quatre fois au total.
- Donc l'effectif de la valeur 1 est 4.
Réponse : L'effectif de 1 est \( 4 \).
Exemple 2 : Tableau d'effectifs complet et vérification
Énoncé : On a demandé à des élèves combien de frères et sœurs ils ont. Les données obtenues : 0, 2, 1, 1, 3, 2, 0, 1, 2, 1, 4, 1. Construisez le tableau d'effectifs et vérifiez-le.
Solution :
- Les valeurs possibles : 0, 1, 2, 3, 4. Comptons chacune.
- 0 apparaît 2 fois ; 1 apparaît 5 fois ; 2 apparaît 3 fois ; 3 apparaît 1 fois ; 4 apparaît 1 fois.
Nombre de frères/sœurs Effectif 0 2 1 5 2 3 3 1 4 1 - Vérification : \( 2 + 5 + 3 + 1 + 1 = 12 \), ce qui correspond exactement au nombre d'élèves — le tableau est correct.
- La valeur la plus fréquente est 1 (effectif 5).
Réponse : Le tableau est correct (somme des effectifs : 12), et la valeur modale est \( 1 \).
Exemple 3 : Identifier la valeur modale à partir d'un tableau
Énoncé : On donne un tableau d'effectifs de notes : 50→4, 60→6, 70→11, 80→5. Quelle note est la plus fréquente, et combien d'élèves ont été évalués ?
Solution :
- La valeur la plus fréquente est celle qui a l'effectif le plus élevé.
- Les effectifs sont 4, 6, 11, 5 — le plus élevé est 11, correspondant à la note 70.
- Le nombre d'élèves est la somme des effectifs : \( 4 + 6 + 11 + 5 = 26 \).
Réponse : La note modale est \( 70 \), et \( 26 \) élèves ont été évalués.
Exemple 4 : Fréquence relative
Énoncé : Dans un échantillon de 40 familles, 10 possèdent une seule voiture. Quelle est la fréquence relative de « une voiture » ?
Solution :
- La fréquence relative est l'effectif divisé par le nombre total d'observations : \( \frac{f}{n} = \frac{10}{40} \).
- \( \frac{10}{40} = \frac{1}{4} = 0{,}25 \).
- En pourcentage : \( 0{,}25 \times 100 = 25\% \).
Réponse : La fréquence relative est \( 0{,}25 \), soit \( 25\% \).
Exemple 5 : Choisir le graphique approprié
Énoncé : Un professeur a relevé les temps de course (en secondes) de 50 élèves sur 100 mètres. Vaut-il mieux utiliser un diagramme en bâtons ou un histogramme, et pourquoi ?
Solution :
- Identifions le type de données : le temps est une grandeur mesurée, pouvant prendre n'importe quelle valeur dans un intervalle (12,3 s, 12,31 s…).
- Il s'agit donc de données continues, et non de valeurs discrètes dénombrables.
- Des données continues sont regroupées en classes (par exemple 12–13 s, 13–14 s) et représentées par un histogramme, dont les barres sont adjacentes pour refléter la continuité.
- Le diagramme en bâtons, en revanche, convient aux données discrètes avec des écarts entre les valeurs.
Réponse : L'histogramme est préférable, car le temps de course est une donnée continue.
Erreurs fréquentes
✗ Erreur fréquente : On confond la valeur et son effectif — quand on demande « quelle est la valeur modale ? », on répond avec l'effectif le plus élevé au lieu de la valeur.
✓ La bonne méthode : La « valeur modale » est la valeur qui apparaît le plus souvent, pas le nombre de fois. Si 70 apparaît 11 fois, la réponse est 70 et non 11.
✗ Erreur fréquente : On trace un histogramme (barres adjacentes) pour des données discrètes (comme le nombre de frères).
✓ La bonne méthode : Pour les données discrètes, on utilise un diagramme en bâtons avec des traits séparés. L'espace entre les bâtons souligne l'absence de valeurs intermédiaires — 2,5 frères n'a aucun sens.
✗ Erreur fréquente : On regroupe les données en classes qui se chevauchent, par exemple 60–70 et 70–80, sans savoir dans quelle classe ranger la valeur 70.
✓ La bonne méthode : Définissez des classes sans chevauchement, par exemple 60–69 et 70–79, ou fixez une règle claire (« la borne supérieure appartient à la classe suivante »). Chaque observation doit appartenir exactement à une seule classe.
Conseils d'entraînement
- Conseil — Vérifiez toujours que la somme des effectifs est égale au nombre d'observations \( n \). Sinon, vous avez compté incorrectement ou oublié une donnée.
- Conseil — Pour retenir la différence : « on dénombre » → discret → bâtons ; « on mesure » → continu → histogramme.
- Conseil — L'histogramme est excellent pour repérer les valeurs extrêmes : une barre isolée en bout de graphique signale un élève atypique (très élevé ou très bas).
- Conseil — Lors du regroupement en classes, conservez une largeur uniforme (toutes de 10, par exemple). Des largeurs différentes déforment la représentation visuelle.
Résumé et formules clés
- Effectif = nombre d'apparitions d'une valeur ; fréquence relative \( = \frac{f_i}{n} \).
- La somme de tous les effectifs est toujours égale au nombre d'observations \( n \).
- Discret (on dénombre) → diagramme en bâtons (traits séparés).
- Continu (on mesure) → histogramme (barres adjacentes).
- Hauteur du bâton/de la barre = effectif de cette valeur ou classe.