Statistiques : bilan d’un club de musique

Le club de musique d'un collège compte 30 adhérents. Une enquête a été menée auprès de chacun.

Partie A — Instruments pratiqués

L'instrument principal pratiqué par chacun a été relevé.

Instrument Piano Guitare Violon Batterie Flûte
Effectif 9 12 3 4 2
  1. Calculer la fréquence (en pourcentage) correspondant à chaque instrument. Arrondir au dixième de pourcent si nécessaire.
  2. Calculer l'angle (en degrés) que devra avoir chaque secteur dans un diagramme circulaire représentant cette série.
  3. Construire le diagramme circulaire de cette série.

Partie B — Années de pratique

Chaque adhérent a indiqué le nombre d'années depuis lesquelles il pratique la musique. Les 30 réponses ont été regroupées dans le tableau ci-dessous :

Années 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Effectif 4 4 4 5 4 3 3 2 1
  1. Calculer le nombre moyen d'années de pratique. Arrondir au dixième.
  2. Déterminer la médiane et l'étendue de cette série.
  3. La présidente du club affirme : « Plus de la moitié des adhérents pratiquent la musique depuis au moins 4 ans. » A-t-elle raison ? Justifier.

Corrigé

Partie A — Instruments pratiqués

  1. La fréquence d'un instrument est obtenue en divisant son effectif par l'effectif total (30), puis en exprimant le résultat en pourcentage.

    Piano : $ \dfrac{9}{30} = 0{,}30 = $ $\mathbf{30\%}$

    Guitare : $ \dfrac{12}{30} = 0{,}40 = $ $\mathbf{40\%}$

    Violon : $ \dfrac{3}{30} = 0{,}10 = $ $\mathbf{10\%}$

    Batterie : $ \dfrac{4}{30} \approx 0{,}133 \approx $ $\mathbf{13{,}3\%}$

    Flûte : $ \dfrac{2}{30} \approx 0{,}067 \approx $ $\mathbf{6{,}7\%}$

    Vérification : $ 30 + 40 + 10 + 13{,}3 + 6{,}7 = 100 $ ; la somme des fréquences est bien de $ 100\% $.

  2. L'angle d'un secteur se calcule par :

    $ \text{angle} = \dfrac{\text{effectif}}{\text{effectif total}} \times 360^{\circ} $

    Piano : $ \dfrac{9}{30} \times 360 = 108^{\circ} $

    Guitare : $ \dfrac{12}{30} \times 360 = 144^{\circ} $

    Violon : $ \dfrac{3}{30} \times 360 = 36^{\circ} $

    Batterie : $ \dfrac{4}{30} \times 360 = 48^{\circ} $

    Flûte : $ \dfrac{2}{30} \times 360 = 24^{\circ} $

    Vérification : $ 108 + 144 + 36 + 48 + 24 = 360 $ ; la somme des angles est bien de $ 360^{\circ} $.

  3. On obtient le diagramme circulaire suivant :

    Diagramme circulaire représentant les instruments pratiqués par les 30 adhérents du club de musique

Partie B — Années de pratique

  1. On calcule la moyenne pondérée :
    $ \bar{x} = \dfrac{1 \times 4 + 2 \times 4 + 3 \times 4 + 4 \times 5 + 5 \times 4 + 6 \times 3 + 7 \times 3 + 8 \times 2 + 9 \times 1}{30} $
    $ \bar{x} = \dfrac{4 + 8 + 12 + 20 + 20 + 18 + 21 + 16 + 9}{30} = \dfrac{128}{30} \approx 4{,}3 $

    Le nombre moyen d'années de pratique est d'environ 4,3 ans.

  2. L'effectif total est $ N = 30 $ (pair). La médiane est la moyenne des valeurs en positions $ \dfrac{30}{2} = 15 $ et $ \dfrac{30}{2} + 1 = 16 $.

    On calcule les effectifs cumulés croissants :

    Années 1 2 3 4 5 6 7 8 9
    Effectif 4 4 4 5 4 3 3 2 1
    Eff. cumulé 4 8 12 17 21 24 27 29 30

    L'effectif cumulé atteint 12 à la valeur 3 et passe à 17 à la valeur 4. Les 15e et 16e valeurs valent donc toutes les deux 4.

    $ M_e = \dfrac{4 + 4}{2} = 4 $

    La médiane est de 4 ans.

    L'étendue vaut $ 9 - 1 = 8 $. Elle est de 8 ans.

  3. On compte les adhérents qui pratiquent depuis au moins 4 ans, c'est-à-dire dont la valeur est supérieure ou égale à 4 :
    $ 5 + 4 + 3 + 3 + 2 + 1 = 18 $

    La fréquence correspondante est :
    $ \dfrac{18}{30} = 0{,}6 = 60\% $

    Comme $ 60\% > 50\% $, la présidente a raison : 18 adhérents sur 30, soit $ 60\% $, pratiquent la musique depuis au moins 4 ans, ce qui représente bien plus de la moitié.

Statistiques : médiane des temps de trajet

Lors d'une enquête, on a interrogé 9 élèves d'une classe de 4e sur le temps de trajet (en minutes) entre le collège et leur domicile. Voici les réponses :

8 ; 25 ; 12 ; 5 ; 30 ; 18 ; 10 ; 22 ; 14

  1. Ranger les valeurs de la série par ordre croissant.
  2. Déterminer la médiane et l'étendue de cette série. Donner une interprétation de la médiane.
  3. Calculer la moyenne de cette série. Comparer avec la médiane et expliquer l'écart obtenu.
  4. On interroge un dixième élève qui met 35 minutes pour rentrer chez lui. Recalculer la médiane de cette nouvelle série de 10 valeurs.

Corrigé

  1. La série rangée par ordre croissant :
    5 ; 8 ; 10 ; 12 ; 14 ; 18 ; 22 ; 25 ; 30
  2. L'effectif total est $ N = 9 $ (impair). La médiane est la valeur en position $ \dfrac{9 + 1}{2} = 5 $, c'est-à-dire la 5e valeur.

    La médiane est 14 minutes. Cela signifie qu'au moins la moitié des élèves mettent 14 minutes ou moins pour rentrer chez eux, et l'autre moitié 14 minutes ou plus.

    L'étendue vaut $ 30 - 5 = 25 $. Elle est de 25 minutes.

  3. La moyenne est :
    $ \bar{x} = \dfrac{5 + 8 + 10 + 12 + 14 + 18 + 22 + 25 + 30}{9} = \dfrac{144}{9} = 16 $

    La moyenne est de 16 minutes.

    La moyenne (16 min) est supérieure à la médiane (14 min) : les valeurs élevées de la série (25 et 30 min) tirent la moyenne vers le haut, alors qu'elles n'influencent pas la médiane.

  4. La nouvelle série, rangée par ordre croissant, comporte 10 valeurs :
    5 ; 8 ; 10 ; 12 ; 14 ; 18 ; 22 ; 25 ; 30 ; 35

    L'effectif est $ N = 10 $ (pair). La médiane est la moyenne des valeurs en positions $ \dfrac{10}{2} = 5 $ et $ \dfrac{10}{2} + 1 = 6 $, c'est-à-dire la 5e et la 6e valeur :
    $ M_e = \dfrac{14 + 18}{2} = 16 $

    La nouvelle médiane est de 16 minutes.

Vrai/Faux : Médiane et étendue

[enonce]
Pour chaque affirmation suivante sur la médiane et l'étendue, indiquer si elle est Vraie ou Fausse.
[/enonce]

[etape]
On considère la série : $2$ ; $5$ ; $7$ ; $9$ ; $11$.

Affirmation : La médiane de cette série est $7$.
[qcm]
[option correct="true"]Vrai[/option]
[option]Faux[/option]
[reponse statut="correct"]Exact !
La série est déjà triée et l'effectif est $5$ (impair). La médiane est la valeur en position $\dfrac{5+1}{2} = 3$, c'est-à-dire la $3$e valeur : $7$.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non, cette affirmation est vraie.
La série est triée. L'effectif est impair ($N = 5$), donc la médiane est la valeur centrale (en position $3$) : $7$.[/reponse]
[/qcm]
[solution]
Cette affirmation est vraie. Pour une série triée d'effectif impair, la médiane est la valeur centrale : ici $7$.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Affirmation : La médiane d'une série statistique est toujours égale à la moyenne.
[qcm]
[option]Vrai[/option]
[option correct="true"]Faux[/option]
[reponse statut="correct"]Bonne réponse !
Médiane et moyenne sont deux indicateurs distincts. Elles ne sont égales que lorsque la série est très symétrique. Par exemple, pour la série $1$ ; $2$ ; $9$ : moyenne $= 4$ et médiane $= 2$.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non, cette affirmation est fausse.
Médiane et moyenne sont deux indicateurs différents.
Exemple : pour $1$ ; $2$ ; $9$, la moyenne vaut $\dfrac{12}{3} = 4$ alors que la médiane vaut $2$.[/reponse]
[/qcm]
[solution]
Cette affirmation est fausse. Médiane et moyenne ne coïncident que dans des cas particuliers de symétrie.
[/solution]
[/etape]

[etape]
On considère la série : $4$ ; $6$ ; $8$ ; $10$.

Affirmation : La médiane de cette série est $8$.
[qcm]
[option]Vrai[/option]
[option correct="true"]Faux[/option]
[reponse statut="correct"]C'est bien ça !
L'effectif est $4$ (pair). La médiane est la moyenne des deux valeurs centrales : $\dfrac{6 + 8}{2} = 7$, et non $8$.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non, cette affirmation est fausse.
Lorsque l'effectif est pair, on ne prend pas l'une des deux valeurs centrales seule.
Il faut calculer la moyenne des deux valeurs centrales : $\dfrac{6 + 8}{2} = 7$.[/reponse]
[/qcm]
[solution]
Cette affirmation est fausse. L'effectif est pair, la médiane est $\dfrac{6 + 8}{2} = 7$, pas $8$.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Affirmation : L'étendue d'une série statistique est toujours positive ou nulle.
[qcm]
[option correct="true"]Vrai[/option]
[option]Faux[/option]
[reponse statut="correct"]Bravo !
L'étendue est la différence entre la plus grande et la plus petite valeur. Comme la plus grande valeur est nécessairement supérieure ou égale à la plus petite, cette différence est positive ou nulle.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non, cette affirmation est vraie.
L'étendue est définie comme max $-$ min. Comme max $\geqslant$ min, cette différence est toujours positive ou nulle.
L'étendue est nulle uniquement quand toutes les valeurs sont égales.[/reponse]
[/qcm]
[solution]
Cette affirmation est vraie. L'étendue, différence entre la plus grande et la plus petite valeur, est toujours positive ou nulle.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Affirmation : L'étendue d'une série est égale à la moyenne entre la plus grande et la plus petite valeur de la série.
[qcm]
[option]Vrai[/option]
[option correct="true"]Faux[/option]
[reponse statut="correct"]Tu as raison !
L'étendue est la différence entre les deux valeurs extrêmes, pas leur moyenne. Par exemple, pour $4$ ; $7$ ; $10$, l'étendue vaut $10 - 4 = 6$, alors que la moyenne des extrêmes vaut $7$.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non, cette affirmation est fausse.
Attention à ne pas confondre les opérations.
L'étendue est la différence entre le maximum et le minimum, pas leur moyenne. Pour $4$ ; $7$ ; $10$, étendue $= 10 - 4 = 6$.[/reponse]
[/qcm]
[solution]
Cette affirmation est fausse. L'étendue est la différence (max $-$ min), pas la moyenne entre les valeurs extrêmes.
[/solution]
[/etape]

[etape]
Une série de $7$ valeurs a une médiane de $12$.

Affirmation : Au moins $4$ valeurs de cette série sont inférieures ou égales à $12$.
[qcm]
[option correct="true"]Vrai[/option]
[option]Faux[/option]
[reponse statut="correct"]Exactement !
Pour $N = 7$, la médiane est la $4$e valeur dans l'ordre croissant. Donc les $3$ premières et la médiane elle-même (soit $4$ valeurs) sont inférieures ou égales à $12$.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non, cette affirmation est vraie.
Rappel : pour $N$ impair, la médiane occupe la position $\dfrac{N+1}{2}$ dans la série triée. Avec $N = 7$, la médiane est en $4$e position : les $3$ valeurs avant et la médiane sont $\leqslant 12$.[/reponse]
[/qcm]
[solution]
Cette affirmation est vraie. La médiane étant la $4$e valeur de la série triée, les $4$ premières valeurs (médiane comprise) sont inférieures ou égales à $12$.
[/solution]
[/etape]

QCM : Médiane et étendue

[enonce]
Ce QCM porte sur la médiane et l'étendue d'une série statistique. Pour chaque question, choisir la bonne réponse parmi les 4 propositions.
[/enonce]

[etape]
On considère la série : $5$ ; $8$ ; $12$ ; $9$ ; $6$ ; $11$ ; $14$.
Quelle est la médiane de cette série ?
[qcm]
[option]$12$[/option]
[option correct="true"]$9$[/option]
[option]$8{,}5$[/option]
[option]$9{,}29$[/option]
[reponse statut="correct"]Correct !
On range les valeurs par ordre croissant : $5$ ; $6$ ; $8$ ; $9$ ; $11$ ; $12$ ; $14$.
L'effectif est $7$ (impair), donc la médiane est la valeur en position $\dfrac{7+1}{2} = 4$, c'est-à-dire la $4$e valeur : $9$.[/reponse]
[reponse motif="$12$"]Non.
$12$ est bien la $4$e valeur, mais dans la série non triée. Avant de chercher la médiane, il faut ordonner les valeurs par ordre croissant.[/reponse]
[reponse motif="$8{,}5$"]Non.
$8{,}5$ correspondrait à la moyenne entre les $3$e et $4$e valeurs après tri. Cette méthode est utilisée lorsque l'effectif est pair, ce qui n'est pas le cas ici.[/reponse]
[reponse motif="$9{,}29$"]Non.
$9{,}29 \approx \dfrac{65}{7}$ est la moyenne de la série, pas la médiane. Médiane et moyenne sont deux indicateurs distincts.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non.
Il faut trier les valeurs, puis prendre la valeur centrale puisque l'effectif est impair ($N = 7$).[/reponse]
[/qcm]
[/etape]

[etape]
Quelle est l'étendue de la série : $18$ ; $22$ ; $15$ ; $27$ ; $19$ ; $23$ ?
[qcm]
[option correct="true"]$12$[/option]
[option]$27$[/option]
[option]$15$[/option]
[option]$9$[/option]
[reponse statut="correct"]Bonne réponse !
L'étendue est la différence entre la plus grande et la plus petite valeur :
$27 - 15 = 12$[/reponse]
[reponse motif="$27$"]Non.
$27$ est la plus grande valeur de la série, pas l'étendue. L'étendue est l'écart entre la plus grande et la plus petite valeur.[/reponse]
[reponse motif="$15$"]Non.
$15$ est la plus petite valeur de la série. L'étendue mesure l'écart entre les valeurs extrêmes : il faut soustraire la plus petite à la plus grande.[/reponse]
[reponse motif="$9$"]Non.
Vérifier la plus petite valeur de la série : ce n'est pas $18$, mais $15$. Refaire la soustraction avec les bonnes valeurs extrêmes.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non.
Repérer le minimum ($15$) et le maximum ($27$), puis calculer leur différence : $27 - 15$.[/reponse]
[/qcm]
[/etape]

[etape]
On considère la série : $4$ ; $7$ ; $8$ ; $10$ ; $12$ ; $15$.
Quelle est la médiane de cette série ?
[qcm]
[option]$8$[/option]
[option]$10$[/option]
[option correct="true"]$9$[/option]
[option]$9{,}33$[/option]
[reponse statut="correct"]Bravo !
La série est déjà triée et l'effectif est $6$ (pair). La médiane est la moyenne des deux valeurs centrales (positions $3$ et $4$) :
$\dfrac{8 + 10}{2} = 9$[/reponse]
[reponse motif="$8$"]Non.
$8$ est la $3$e valeur, mais lorsque l'effectif est pair, la médiane est la moyenne des deux valeurs centrales, pas seulement l'une des deux.[/reponse]
[reponse motif="$10$"]Non.
$10$ est la $4$e valeur. Comme l'effectif est pair, il n'y a pas une seule valeur centrale : il faut prendre la moyenne des deux valeurs au milieu.[/reponse]
[reponse motif="$9{,}33$"]Non.
$9{,}33 \approx \dfrac{56}{6}$ est la moyenne de la série, pas la médiane. La médiane se calcule différemment.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non.
L'effectif est pair ($N = 6$). La médiane est la moyenne des $3$e et $4$e valeurs après tri.[/reponse]
[/qcm]
[/etape]

[etape]
Voici un tableau d'effectifs :

Valeur $1$ $2$ $3$ $4$ $5$
Effectif $4$ $6$ $5$ $3$ $2$

Quelle est la médiane de cette série ?
[qcm]
[option]$3$[/option]
[option correct="true"]$2{,}5$[/option]
[option]$2$[/option]
[option]$6$[/option]
[reponse statut="correct"]Exactement !
L'effectif total est $4 + 6 + 5 + 3 + 2 = 20$ (pair). La médiane est la moyenne des $10$e et $11$e valeurs.
Les effectifs cumulés sont $4$ ; $10$ ; $15$ ; $18$ ; $20$.
La $10$e valeur est $2$ (cumul atteint $10$) et la $11$e est $3$ (cumul passe à $15$). Médiane : $\dfrac{2 + 3}{2} = 2{,}5$.[/reponse]
[reponse motif="$3$"]Non.
$3$ est la valeur centrale du tableau, mais il faut tenir compte des effectifs, pas du rang dans le tableau. Calculer les effectifs cumulés pour repérer les valeurs centrales.[/reponse]
[reponse motif="$2$"]Pas tout à fait.
$2$ est bien la $10$e valeur, mais l'effectif total étant pair ($N = 20$), il faut prendre la moyenne des $10$e et $11$e valeurs.[/reponse]
[reponse motif="$6$"]Non.
$6$ est l'effectif maximal, pas une valeur de la série. La médiane est une valeur du caractère étudié, pas un effectif.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non.
Calculer les effectifs cumulés pour repérer la $10$e et la $11$e valeur, puis prendre leur moyenne.[/reponse]
[/qcm]
[/etape]

[etape]
La médiane d'une série statistique est $7$ et la moyenne est $9$.
Que peut-on en déduire ?
[qcm]
[option correct="true"]Au moins la moitié des valeurs sont inférieures ou égales à $7$.[/option]
[option]Toutes les valeurs sont comprises entre $7$ et $9$.[/option]
[option]L'étendue de la série vaut $9 - 7 = 2$.[/option]
[option]Il y a autant de $7$ que de $9$ dans la série.[/option]
[reponse statut="correct"]Tu as raison !
Par définition, la médiane partage la série en deux : au moins la moitié des valeurs sont inférieures ou égales à la médiane (et l'autre moitié supérieure ou égale).[/reponse]
[reponse motif="Toutes les valeurs sont comprises entre $7$ et $9$."]Non.
Médiane et moyenne sont des indicateurs résumés, mais les valeurs individuelles peuvent dépasser largement cet intervalle.[/reponse]
[reponse motif="L'étendue de la série vaut $9 - 7 = 2$."]Non.
L'étendue est la différence entre la plus grande et la plus petite valeur de la série, pas entre la moyenne et la médiane. Ces deux indicateurs ne donnent aucune information sur les valeurs extrêmes.[/reponse]
[reponse motif="Il y a autant de $7$ que de $9$ dans la série."]Non.
La médiane et la moyenne ne renseignent pas directement sur les effectifs des valeurs $7$ et $9$. Une médiane différente de la moyenne signifie simplement que la série est asymétrique.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non.
Revenir à la définition de la médiane : elle partage la série triée en deux groupes de même effectif.[/reponse]
[/qcm]
[/etape]

[etape]
On considère la série $4$ ; $6$ ; $8$. On y ajoute la valeur $1000$.
Quel indicateur est le moins modifié par l'ajout de cette valeur extrême ?
[qcm]
[option]La moyenne[/option]
[option correct="true"]La médiane[/option]
[option]L'étendue[/option]
[option]Les trois changent autant[/option]
[reponse statut="correct"]C'est bien ça !
La moyenne passe de $6$ à $\dfrac{1018}{4} = 254{,}5$ (énorme variation). L'étendue passe de $4$ à $996$. La médiane passe de $6$ à $7$ : elle est très peu modifiée. La médiane est résistante aux valeurs extrêmes.[/reponse]
[reponse motif="La moyenne"]Non.
La moyenne est très sensible aux valeurs extrêmes : ajouter $1000$ à une série dont les valeurs sont autour de $6$ va la modifier énormément.[/reponse]
[reponse motif="L'étendue"]Non.
L'étendue dépend directement des valeurs extrêmes (max - min). Ajouter une valeur très grande va modifier l'étendue de manière spectaculaire.[/reponse]
[reponse motif="Les trois changent autant"]Non.
Comparer ces trois indicateurs avant et après ajout : leurs variations sont très différentes. C'est justement l'un des intérêts de la médiane.[/reponse]
[reponse statut="incorrect"]Non.
Calculer chaque indicateur avant et après ajout de la valeur $1000$ pour comparer les variations.[/reponse]
[/qcm]
[/etape]