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Statistiques & Probabilités · L2

La loi du chi-deux : fondement des tests d'ajustement

La loi du chi-deux χ²(k) modélise la somme des carrés de k variables normales centrées réduites indépendantes. En L2 statistiques, elle est au cœur des tests d'ajustement, d'indépendance et de…

14 questions Corrections détaillées Niveau L2
16 min de cours ~5 min de QCM 8 sections Intermédiaire
1 Introduction 16 min restant
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chi-deux

La loi du chi-deux χ²(k) modélise la somme des carrés de k variables normales centrées réduites indépendantes. En L2 statistiques, elle est au cœur des tests d'ajustement, d'indépendance et de la distribution de la variance empirique. Comprendre sa définition, ses moments (E = k, Var = 2k) et le calcul des degrés de liberté est indispensable pour les QCM et les examens de probabilités appliquées.

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Objectifs d'apprentissage

  • Définir la loi χ²(k) et interpréter les degrés de liberté
  • Calculer espérance et variance du chi-deux
  • Appliquer la loi à la variance empirique S²
  • Comprendre le test du chi-deux d'indépendance
  • Utiliser l'additivité et la convergence vers la normale
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Concepts clés à maîtriser

Définition

Essentiel
Si Z₁,…,Z_k ~ N(0,1) i.i.d., alors Σ Z_i² ~ χ²(k).
Somme de carrés de composantes aléatoires gaussiennes.
Base des tests basés sur des écarts au carré.
χ²(k) = Σ_{i=1}^k Z_i² avec Z_i ~ N(0,1) indépendantes

Moments et forme

Essentiel
E(χ²(k)) = k ; Var(χ²(k)) = 2k ; support [0, +∞[.
Loi positive, asymétrique à droite ; plus symétrique quand k augmente.
Ne jamais confondre E=k et Var=2k.
E = k ; Var = 2k

Variance empirique gaussienne

Essentiel
Pour un échantillon N(μ,σ²), (n−1)S²/σ² ~ χ²(n−1).
Un ddl est perdu car μ est estimé par x̄.
Fondement des intervalles de confiance sur σ².
(n−1)S²/σ² ~ χ²(n−1)

Test d'indépendance

Intermédiaire
Compare effectifs observés et effectifs théoriques sous H₀ (indépendance).
Grands écarts entre observé et attendu → rejet de l'indépendance.
Tableaux de contingence I×J en statistique descriptive.
χ² = Σ (O_ij − E_ij)² / E_ij ; ddl = (I−1)(J−1)

Additivité

Essentiel
Si X ~ χ²(k₁) et Y ~ χ²(k₂) indépendants, alors X+Y ~ χ²(k₁+k₂).
Les degrés de liberté s'additionnent.
Utile pour combiner plusieurs tests ou composantes.

Lien avec Student et Fisher

Intermédiaire
Student et Fisher découlent de combinaisons de χ² et de normales.
Le chi-deux est une brique élémentaire des lois de tests.
Prépare les tests t et F en économétrie.
Quick check

Quand k → ∞, la loi χ²(k) tend vers :

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Auteurs et références

Karl Pearson Test du chi-deux d'ajustement (1900)
Ronald Fisher Extension aux tableaux de contingence
Georges Saporta Probabilités et statistique — applications L2
  • Pearson, K. (1900) — On the Criterion that a given System of Deviations from the Probable in the Case of a Correlated System of Variables is such that it can be reasonably supposed to have arisen from Random Sampling, Philosophical Magazine
  • Saporta, G. (2019) — Probabilités, analyse des données et statistique, Editions Technip
  • Casella, G.; Berger, R. (2002) — Statistical Inference, Duxbury Press
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Pièges fréquents à éviter

Erreur Confondre E(χ²) = k et Var(χ²) = 2k
Pourquoi Ce sont deux moments distincts.
Solution Retenir E = ddl et Var = 2 × ddl.
Erreur Utiliser χ²(n) pour (n−1)S²/σ²
Pourquoi Un degré de liberté est perdu par estimation de μ.
Solution Toujours χ²(n−1) quand μ est estimé.
Erreur Croire que le chi-deux est symétrique
Pourquoi C'est une loi positive asymétrique à droite.
Solution Tracer la densité pour k petit et grand.
Erreur Mauvais calcul des ddl dans un tableau I×J
Pourquoi Les ddl = (I−1)(J−1), pas I×J.
Solution Compter les contraintes imposées par les marges.
Quick check

La variable (n-1)S²/σ² suit une loi :

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Questions types d'examen

  1. Définissez la loi χ²(k) et donnez E et Var.
  2. Pourquoi (n−1)S²/σ² suit-il un χ²(n−1) ?
  3. Expliquez le principe du test du chi-deux d'indépendance.
  4. Calculez les ddl d'un tableau de contingence I×J.
  5. Que se passe-t-il quand k → ∞ pour la loi χ²(k) ?
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À retenir

χ²(k) = somme de k carrés de N(0,1) indépendantes. E = k, Var = 2k, loi positive asymétrique. (n−1)S²/σ² ~ χ²(n−1). Tests d'indépendance : comparer effectifs observés et théoriques, ddl = (I−1)(J−1). Additivité des ddl. L'examinateur attend définition, moments, ddl et applications aux tests.

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Questions fréquentes

Qu'est-ce que chi-deux en Statistiques & Probabilités ?

La loi du chi-deux χ²(k) modélise la somme des carrés de k variables normales centrées réduites indépendantes. En L2 statistiques, elle est au cœur des tests d'ajustement, d'indépendance et de la distribution de la variance empirique. Comprendre sa définition, ses…

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Oui, nos questions correspondent au programme officiel de L2 du cursus Economie.

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