[PDF] Estimations et intervalles de confiance Exemple

Intervalle de confiance: à quoi ça sert

L’intervalle de confiance à 95 va de 8 7 à 23 6: les données de l’échantillon permettent de dire que, en réalité, l’effet du tai chi peut être 8 7 ou 23 6 L’intervalle de confiance à 95 ne contient pas la valeur 8 1 (la plus petite différence cliniquement pertinente): les données de l’échantillon permettent

Intervalle de confiance d’une moyenne

II-Intervalle de confiance d’une moyenne Cas d’un grand échantillon : n ≥ 30 (3/3) Condition d’application : 1 Le calcul de l’intervalle de confiance par ces formules nécessite que la taille de l’échantillon soit supérieure ou égale à 30 2 Si tel n’est pas le cas, le terme 1,96 devrait

Chapitre 19 : Intervalle de confiance : pour estimer une

II°) Précision d’une estimation et taille de l’échantillon On a vu ci-dessus qu’en tirant 100 boules de l’urne, l’intervalle de confiance obtenu est d’d’amplitude 0,2 (=0,69−0,49) ; on peut trouver cet intervalle trop grand En procédant à un tirage de 400 boules, si ???? ????????

Estimation d’un intervalle de confiance 1

Intervalle de confiance de la variance d'une population gaussienne de moyenne inconnue Intervalle à 3 sigma à 60 de confiance : σ 3σ Variance • Cas c : intervalle de confiance approximatif L'intervalle de confiance est dit approximatif s’il se base sur l’approximation d’une loi par une autre

Estimations et intervalles de confiance Exemple

tifique, il est important d’avoir une indication de la qualité d’un résultat ou encore de l’erreur dont elle peut-être affectée Ceci se traduit en statistique par la recherche d’un intervalle, dit intervalle de confiance, dont on peut assurer, avec un risque d’erreur contrôlé et petit, que cet intervalle contient la “vraie”

CORRIGE des exercices sur les intervalles de confiance

4 : Oui, c’est la seule démarche qui permette de justifier le recours à la formule donnant l’intervalle de confiance Il est nécessaire d’avoir un échantillon aléatoire simple : tous les habitants ont la même chance d’être choisis, et de façon indépendante Personne n’est exclu du sondage

6 Estimation et intervalle de confiance - Fabrice Monna

Intervalle de confiance à 95 : n s X s X 1 96 * ; 1 96 * 95 = niveau de confiance Exercice : Quel intervalle si niveau de confiance = 99 ? Par exemple, imaginons l'intervalle de confiance à 95 de la moyenne suivant : [120 ; 140] La probabilité que cet intervalle contienne la valeur de µ est de 0,95 Autrement dit, en affirmant que la

MODULE 2 : Estimation par intervalle de confiance

M2Unité 2 : Estimation par intervalle de confiance de paramètres d’une population 2 1 Estimation par intervalle de confiance de la moyenne d’une population lorsque la variance de la population est connue Le problème est le suivant : il faut encadrer m (moyenne de la population) C'est-à-dire on recherche m 1 et m 2 telles que :

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Estimations et intervalles de confiance

Estimations et intervalles de confiance

Résumé

Cette vignette introduit la notion d"estimateur et ses propriétés : ponctuelle de paramètres de loi : proportion, moyenne, variance. La connaissance des lois de ce estimateurs permet l"estimation par in- tervalle de confiance et donc de préciser l"incertitude sur ces esti- mations : intervalle de confiance d"une proportion, d"une moyenne si la variance est connue ou non, d"une variance.

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plan du cour s

1 Introduction

Le cadre est le suivant : on dispose de données observées (en nombre fini) et l"on désire tirer des conclusions de ces données sur l"ensemble de la popu- lation. On fait alors une hypothèse raisonnable : il existe une loi de probabilité sous-jacente telle que les "valeurs observables" des différents éléments de la population étudiée puissent être considérées comme des variables aléatoires indépendantes ayant cette loi. Un aspect important de l"inférence statistique consiste à obtenir des "esti- mations fiables" des caractéristiques d"une population de grande taille à partir d"un échantillon extrait de cette population. C"est un problème de décision concernant des paramètres qui le plus souvent sont : l"espérance mathématique ; la proportion p; la v ariance2. Ces paramètres sont a priori inconnus car la taille réelle de la population étant très grande, il serait trop coûteux de tester tous les éléments de la population. Ainsi, comme un échantillon ne peut donner qu"une information partielle sur la population, les estimations que l"on obtiendra seront inévitablement entachées d"erreurs qu"il s"agit d"évaluer et de minimiser autant que possible. En résumé, estimer un paramètre inconnu, c"est en donner une valeur ap-

prochée à partir des résultats obtenus sur un échantillon aléatoire extrait de lapopulation sous-jacente.

Exemple :Un semencier a récolté 5 tonnes de graines de Tournesol. Il a besoin de connaître le taux de germination de ces graines avant de les mettre en vente. Il extrait un échantillon de 40 graines, les dépose sur un buvard humide et compte le nombre de graines ayant évolué favorablement. On remarque que ce contrôle est de type destructif : l"échantillon ayant servi au contrôle ne peut plus être commercialisé. Il s"agit donc d"évaluer la proportionpdes graines de la population à grand effectif, présentant un certain caractèreX: succès de la germination. Même avec une population d"effectif restreint, un contrôle depne peut être calculée. Le modèle s"écrit commenréalisationsxide v.a.r. indépendantes de Ber- noulliXidéfinies par : X i=1si l"individuiprésente le caractèreX

0sinon.

Il est naturel d"estimerpparx

n=1n P n i=1xi;qui est la proportion des indi- vidus ayant le caractèreXdans l"échantillon. En effet, la LGN nous assure de la convergence en probabilité de la v.a.r.X=1n P n i=1Xivers l"espérance de X

1, c"est-à-direp;Xest l"estimateur de la proportionpetpest estimée par

la réalisationx ndeX. Dans l"expérience de germination, 36 graines ont eu une issue favorable avecxi= 1. La proportion estimée estx= 40=36 = 0;9 C"est une estimation diteponctuelle. D"autre part, dans toute discipline scien- tifique, il est important d"avoir une indication de la qualité d"un résultat ou encore de l"erreur dont elle peut-être affectée. Ceci se traduit en statistique par la recherche d"un intervalle, ditintervalle de confiance, dont on peut assurer, avec un risque d"erreur contrôlé et petit, que cet intervalle contient la "vraie" valeur inconnue du paramètre. Dans la suite nous nous intéresserons donc à deux types d"estimations : soit une estimation donnée par v aleurscalaire issue des réalisations des v.a.r.Xi: l"estimationponctuelle; soit une estimation donnée par un ensemble de v aleursappartenant à un intervalle : l"estimation parintervalle de confiancecontrôlé par un risque d"erreur fixéa priori.1

Estimations et intervalles de confiance

2 Estimation ponctuelle

2.1 Estimateur

Convergence

DÉFINITION1. - Unn-échantillon aléatoire issu d"une v.a.r.Xest un en- semble(X1;:::;Xn)denv.a.r. indépendantes et de même loi queX. Soitun paramètre associé à la loi deX, par exemple=E(X)ou= Var(X). À partir de l"observation d"un échantillon aléatoire(X1;:::;Xn), on souhaite estimer le paramètre. DÉFINITION2. - Un estimateurbndeest une fonction qui dépend unique- ment dun-échantillon(X1;:::;Xn). Il est dit convergent s"il est "proche" de au sens de la convergence en probabilité : pour tout >0, P jbnj> !n!+10:

Dans l"exemple de l"introduction, la quantité

1n P n i=1Xiest un estimateur convergent depet si, par exemple, on a observé21pièces défectueuses sur un lot de1500pièces prélevées, l"estimation ponctuelle depobtenue estx n= 21=1500 = 1;4%. Pour estimer l"espérancedes variables aléatoiresXi, on utilise la moyenne empiriqueX n=1n n X i=1X i; car par la LGN, on sait qu"elle converge en probabilité vers l"espérance =E(X1). Le but de la théorie de l"estimation est de choisir, parmi toutes les statistiques possibles, le "meilleur" estimateur convergent, c"est-à-dire celui qui donnera une estimation ponctuelle la plus proche possible du paramètre et ceci, quel

que soit l"échantillon.Exemple :Considérons une v.a.r.Xreprésentant le nombre de grippes attra-

de paramètre >0. Chercher la loi deX, c"est chercher, qui n"est autre que l"espérance mathématique deX. Par conséquent, la LGN nous indique queX n est un estimateur convergent de: pour tout >0, P 1n n X i=1X i n!+10: Grâce à l"inégalité de Chebychev, on peut démontrer le théorème suivant : THÉORÈME3. - Soitbnun estimateur de. Si l"on a : lim n!+1E(bn) =et limn!+1Var(bn) = 0; alors bnest un estimateur convergent de. Biais DÉFINITION4. - Soitbnun estimateur convergent d"un paramètre. On appelle biais la quantitéE(bn). L"estimateurbnest dit sans biais si

E(bn) =, et biaisé sinon.

Exemple :La moyenne empiriqueX

nest un estimateur convergent et sans biais de l"espérance mathématique.

Écart quadratique moyen

Notons que l"on a

E n (bn)2o =En (bnE(bn) +E(bn))2o =En (bnE(bn))2+ (E(bn))2+ 2(bnE(bn))(E(bn))o =Var(bn) + (biais)2; car le termeEn (bnE(bn))(E(bn))o est nul. Ainsi, pour rendre l"écart quadratique moyenEn (bn)2o le plus petit possible, il faut que2

Estimations et intervalles de confiance

-E(bn) =, donc choisir un estimateur sans biais, la v arianceV ar(bn)soit faible. On choisira donc, parmi les estimateurs convergents et sans biais, celui qui a la variance la plus petite. En d"autres termes, si bnest un estimateur convergent et sans biais de, on a tout intérêt à ce quebnne varie pas trop autour de sa

2.2 Estimateur d"une moyenne ou d"une proportion

On considère unn-échantillon(X1;:::;Xn)issu d"une loi de moyenne et de variance2, toutes deux inconnues. 1. d"après la LGN, la mo yenneempirique X nest un estimateur convergent de. 2. l"estimateur X nest sans biais. 3. par indépendance : V ar(X n) =2n 4. loi de X n: si X N(;2), alorsX n N(;2=n). lorsque nest grand, d"après le TCL, la loi deX nest approchée par une loi normaleN(;2=n). L"estimation d"une proportionpest un cas particulier du précédent, au sens où les v.a.r.Xiconsidérées sont de Bernoulli de paramètrep.

2.3 Estimateur de la variance

DÉFINITION5. - La variance empirique associée à unn-échantillon (X1;:::;Xn)est définie par S

2n=1n1n

X i=1(XiX n)2: DÉFINITION6. - Soit(Y1;:::;Yn)unn-échantillon de v.a.r. de loiN(0;1). On appelle loi du chi-deux àndegrés de liberté la loi de la v.a.r.Pn i=1Y2i, et on la note2(n).

Propriétés de la variance empirique :

1.S2nest un estimateur convergent de la variance2.2.S2nest sans biais.

3. loi de S2n: pas de résultat général. Cependant, siX N(;2), alors la v.a.r. n1quotesdbs_dbs2.pdfusesText_2