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Échantillonnage et estimation 3 1 Introduction La théorie de l'échantillonnage étudie les liens entre une population et des échantillons de cette popu-
Chapitre3
Échantillonnageetestimation
3.1Introduc tion
Lathéoriedel'éch antillonnageétudielesliensent reunepopu lationetdeséch antillonsdecet tepopu-
lation.Àpartird'inform at ionsrelativesàlaloi d'unevariableXpourunepopu lationdon née,onendéduit
lecompo rtementd'échantillonsaléatoir essimplesrelatifsàcettevariable.Danslaprati quec'est leproblèmeinversequisepos e.Engénéralo nnecon naîtpaslaloideX,on neconna ît
pastouss esparamètreseto nsouha iteobtenirdesinformationsàpa rt irdel' observationd'unéchantillo n.
Cepr oblèmefaitpartiedelathéoriedel'es timation.Souventons'intéresse àlaval eurd'unparamètrebienprécisdelal oid eX,esp érance,variance,propor tion.
Cepa ramètrenoté!estappel éparamètred'intérêt,c'es tunnombre dontla valeurestinconnue.On
chercheàévaluercenomb reà partirdel'obser vat iond'unéchantillon. Àp artirdesdonnéesdel'ob servat ion
d'unéchantil lon,ondétermineunevaleurnumérique !qu'onappelleestimationponctu elledupara- mètred' intérêt. Onpeuta ussidéfini runintervalledeconfianc ec'est-à-diredéterminerunintervalle[! 1 2 ]quicontien t lavrai evaleurduparamèt re!inconnuavecunegrand eprobabil itéfixéeàp riori.Exemple3.1.1 Onveutes timerl'esp érancemathématique delavariableX,"n otedesétudiantsà l'exa-
men",vérifiant X!N(m,").On prélève 50copiesdanslapop ulatio n,onlescorrig e,onobtient50n otes
x 1 ,x 2 ,...,x 50eton détermin elamoyennedecetéchantill onx= x 1 +x 2 +...+x 50
50
,on obtient 9,1.Intui- tivementonpeutestimermpar9,1.On ditq ue9,1estunees timation ponctuelledem.On remarq uequesi onavai tprisunautreéch antillon,l' estimat ionseraitdi
érente.Onpourr aitaus siconclurequelamoyenne
mappartiendraitàl'intervalle[8,4;9,8]avecunepr obabilité de0,9parexemple.L'intervalle[8,4;9,8]est
alorsunintervall edecon fianceaurisqued'erreur0,1.3.2Estima tionponctuelle
3.2.1In troduction
L'ensembledeshypothèsesrelati vesaupr oblèmed'estimationdepara mètreestappelémodèlestatis-
tique.Cel ui-cicomprend: - deshypo thèsesrelativesàlaloidelava riableX,pa rexempleX!N(m,"),met"étantinconnus , ouXsuituneloiin connue.Lep aramètre!doitêtredéfini ,parexemple !=E(X),!="(X),!=p. Onécrira X!l(x,!)oùxestlaréa lisat iondeX. 4142CHAPITRE3.ÉCHANTILLONN AGEETE STIMATION
- Lamétho dedeconstructionde l'échan tillondoitêtreprécisée,échantillonaléa toires impleparexemple.
Onn'ut iliseradanscecoursquedeséchantill onsaléatoires sim ples.Rappelsurlechoi xd'unéchan tillon :Les échant illonsétudiéssonttousaléatoires,lehasar dintervientdans
lechoi xdeleurséléments.Cepen dantd euxprocéduresson tpossiblespourconst ruireunéchantillon aléatoire:
- échantillonnonexhaustif:pourcons truireunéc hantillondetaillen,on procède parntiragesau hasardavecremise(rem isedel'i ndividudanslapopul ationaprèschaqueti rage),- échantillonexhaustif:pourconstru ireunéchantillondetaille n,on procèd eparntiragesauhasard
sansremiseoup arletiragesimu ltanéd enindividus. Silapo pulati onesttrèsgrande,onpeutconsidérerunéch antil lonexhaust ifcommenonexhaustif. Rappelsurleséchan tillonsa léatoiresi mples:On considèr el'exemplesuivant.Exemple3.2.1Considéronsunéconomistechargéd eréali serunétudedemarchépourune entreprisequi
souhaitelancerunenouvelle marquedefromage. Ilcommencepa ranalyserlaconsommatio ndefromageenFrance.Ildoitréali seruns ondageetdemand erauxpersonnesinterro géescomb iendefoisellesontconsommé
defroma gelasemainedernière.L aconsom mationdefromageestex trêmementvariableetin certaine. Cer-
tainesn'enmangent jamais,d'a utresenmangentplusieu rsfoisparjour.Onado ncungrandnombrederéalisationspossibles.Àchacunedecesr éalisationspotentiellesestassoci éeun eprobabilité,lacons ommati on
hebdomadairedefromageestdoncunevari ableal éatoire.NotonsXlaquan titéconsomméeetplusprécisé-
mentlenom bredefo isparsemainequ'uni ndivid umangedufr omage.Cett evariableXaunedistributiondeprob abilité,uneloiqu'onnotel(x).L' espéranceetlavariancedeXsontdeuxpara mètresdecette loi.
X!l(x,m,")avecm=E(X)et"="(X).Àpriori,laloideX,met"sontinconnus. Considéronsunprélévementauhasarddenindividusavecremisedanslapop ulation.O bserverlesquantit ésconsommées
defroma gepourcesnindividusrevientàobserverlaréal isationdelavar iab leXpourcesnindividus, choisisauhasard,indépen dammen tlesunsdesautresetavecrem ise.Lesconsommationsdecesnindividus peuventêtreconsidéréescom menvariablesaléatoiresX 1 ,X 2 ,...,X n indépendantesetdemêmeloiqueX c'est-à-direl(x,m,").Lesnvariablesaléatoiresindépendant esX
1 ,X 2 ,...,X n constituentunéchantillonaléato iresim pledela variableXsietseu lements i E(X 1 )=E(X 2 )=...=E(X n )=E(X)=m, "(X 1 )="(X 2 )=...="(X n )="(X)=". Unefoiscesnpersonnesinterrogées,ond isposedenvaleursnumériquesdesq uantitésconsommées.Onappellecesnvaleursnumériquesobser vationsouencoreréalisation s.Cesontdesnombresréelsqu'onnotera
x 1 ,x 2 ,...,x n Onconsi dèredoncunmodèlestatis tiqueX!l(x,!)etun échanti llonaléatoiresimpleX 1 ,X 2 ,...,X nOnrecher cheunestatistiquefonct iondesvari ablesX
1 ,X 2 ,...,X n susceptibledefournirlameilleure esti- mationpossibledup aramètred'intérêt.Cettestat istiqu eestappeléeestimateur.X!l(x,m)
X 1 ,X 2 ,...,X n x 1 ,x 2 ,...,x n Remarque3.2.1Danslecasdela variab le"no te",onp ourrai tprendrecommeestimationdem: x 1 +x 502 x 1 +x 3 +x 5 +...+x 49
25
x 2 +x 4 +...+x 50
25
Dèslors leproblèmeestcel uiduc hoixd'unestimateur.Commen tvat- ondéciderquel lestat istiqueutiliser
enfon ctionduparamètre!recherché?3.2.ESTIMATIO NPONCTUELLE43
3.2.2Estima teursansbiais
Définition3.2.1SoitX!l(x,!)unmodèl estatistiqueet soitX 1 ,X 2 ,...,X n unéchan tillonaléatoire simpledeX.Onappelleestimateursansbiaisdupar amètre!toutestatistiq ueT=T(X 1 ,X 2 ,...,X n tellequeE(T)=!. Définition3.2.2SiE(T)!=!,Testbiaiséetle biaisvautE(T"!)=E(T)"!.Considéronsdi
érentesstatisti quesainsiquedestiragesnonexhaustifs(lest iragesontlieuavec remise):1.Prenonsl'exempledela statistiquemoyenneécha ntillo n.
Supposonsquenousnousintéress onsparexemp leàl'espérance delaconsommat ionhebdomadaire defroma ge.Onconstitueunécha ntillo naléatoiresimpleentiranta uhasar dnpersonnesdelapo- pulation.Unenquêteurlesinterro geetobt ientlesréalisationsnumér iquesx 1 ,x 2 ,...,x n desnva- riablesaléatoiresX 1 ,X 2 ,...,X n .La variab lealéatoire"consommationm oyenne"estX= n i=1 X i n X 1 +X 2 +...+X n n etla réalisa tiondelavariableXestx= x 1 +x 2 +...+x n n Onremar queraquelaconsommationmoy ennexdel'éch antillonvarieenfonctiondel'échantillon, c'est-à-direquepourdeséchantillo nsdi érents,onobtientd esmoyenn esd'échantillonsdiérentes.
Définition3.2.3Lava riable
X= X 1 +X 2 +...+X n n estappelée variablemoyenneéchantillon . Sil'on considèreparexem ple20échantillonsdeta illen,on obtient lamoyennexquotesdbs_dbs35.pdfusesText_40[PDF] fréquence d'échantillonnage audio
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