Chapitre 7

Les caractéristiques de dispersion

Cours

Le mode, la médiane et la moyenne donnent une idée simplifiée d'une série, mais rien sur l'étalement des valeurs : deux séries peuvent avoir la même moyenne et être très différentes. Les caractéristiques de dispersion mesurent cet étalement autour d'une valeur centrale.

Même moyenne, dispersions différentes

Chiffres d'affaires mensuels (DH) du premier semestre :

MoisJanv.Févr.MarsAvrilMaiJuinMoyenne
Société A10 00040 00030 00080 00060 000260 00080 000
Société B64 00068 00077 00074 00098 00099 00080 000

Les deux moyennes sont égales (480 000 ÷ 6 = 80 000), mais le chiffre d'affaires de B est beaucoup plus régulier.

I. L'étendue et l'intervalle interquartile

IndicateurFormuleSignification
Étendue (champ de variation) EValeur maximale − valeur minimaleÉcart entre les deux valeurs extrêmes
Intervalle interquartileQ₃ − Q₁Étendue des 50 % d'observations du « centre »

Exemple : E(A) = 260 000 − 10 000 = 250 000 ; E(B) = 99 000 − 64 000 = 35 000 : une étendue élevée par rapport à la moyenne signale une forte dispersion. Pour les salaires journaliers du chapitre 6 : Q₃ − Q₁ = 133,85 − 113,75 = 20,10 DH.

Limite de l'étendue

L'étendue ne dépend que de deux valeurs : une seule valeur exceptionnelle la fausse (série 10 ; 390 ; 395 ; 405 ; 410 ; 1 000 : E = 990 alors que quatre valeurs sur six sont entre 390 et 410). L'intervalle interquartile élimine les 25 % plus petites et les 25 % plus grandes valeurs.

II. L'écart absolu moyen (EAM)

Les écarts à la moyenne eᵢ = xᵢ − x̄ ont toujours une somme nulle : leur moyenne ne renseigne pas. On prend donc leur valeur absolue :

EAM = Σ|xᵢ − x̄|n    ou, pour un tableau,    EAM = Σnᵢ|xᵢ − x̄|N

Dépenses d'électricité d'un atelier
MoisJFMAMJJASOND
xᵢ1 2009008001 4002 0006001 8002 6002 8001 100900700
eᵢ = xᵢ − x̄−200−500−6000600−8004001 2001 400−300−500−700
|eᵢ|20050060006008004001 2001 400300500700

x̄ = 16 800 ÷ 12 = 1 400 DH ; Σeᵢ = 0 ; Σ|eᵢ| = 7 200.

EAM = 7 20012 = 600 DH

Interprétation : la dépense mensuelle s'écarte en moyenne de 600 DH de la dépense moyenne (1 400 DH).

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III. La variance et l'écart-type

Variance et écart-type

La variance V est la moyenne des carrés des écarts à la moyenne ; l'écart-type σ est la racine carrée de la variance. L'écart-type s'exprime dans la même unité que les données : c'est l'indicateur de dispersion le plus utilisé.

V = Σnᵢ(xᵢ − x̄)²N = Σnᵢxᵢ²N − x̄²   ;   σ = √V

La 2e formule (moyenne des carrés moins le carré de la moyenne) est souvent plus rapide.

Variance des dépenses d'électricité

Carrés des écarts (en milliers) : 40 ; 250 ; 360 ; 0 ; 360 ; 640 ; 160 ; 1 440 ; 1 960 ; 90 ; 250 ; 490 ; total 6 040 000.

V = 6 040 00012 = 503 333,33   ;   σ = √503 333,33 = 709,46 DH

Salaires des clients de la société « Soleil » (série classée)
Salaire (DH)cᵢnᵢnᵢcᵢ|cᵢ − x̄|nᵢ|cᵢ − x̄|(cᵢ − x̄)²nᵢ(cᵢ − x̄)²
[0 – 1 000[5003015 0001 08532 5501 177 22535 316 750
[1 000 – 1 500[1 2502531 2503358 375112 2252 805 625
[1 500 – 2 000[1 7501424 5001652 31027 225381 150
[2 000 – 2 500[2 250920 2506655 985442 2253 980 025
[2 500 – 3 000[2 7501233 0001 16513 9801 357 22516 286 700
[3 000 – 3 500[3 250619 5001 6659 9902 772 22516 633 350
[3 500 – 4 000[3 750415 0002 1658 6604 687 22518 748 900
Total100158 50081 85094 152 500
  • x̄ = 158 500 ÷ 100 = 1 585 DH ;
  • EAM = 81 850 ÷ 100 = 818,50 DH : les salaires s'écartent en moyenne de 818,50 DH du salaire moyen ;
  • V = 94 152 500 ÷ 100 = 941 525 ; σ = √941 525 = 970,32 DH.

Interprétation : plus l'écart-type est grand, plus la série est dispersée ; plus il est petit, plus les valeurs sont regroupées autour de la moyenne.

IV. Le coefficient de variation (CV)

L'écart-type dépend de l'unité de mesure et de l'ordre de grandeur des valeurs. Pour comparer la dispersion de séries exprimées dans des unités différentes (ou de moyennes très différentes), on utilise un indicateur relatif, sans unité :

CV = σx̄ (× 100 pour l'exprimer en %)

Même série en DH et en centimes

Salaires de 9 ouvriers en DH : 1 150 ; 1 200 ; 1 600 ; 1 850 ; 2 150 ; 2 200 ; 2 350 ; 2 400 ; 3 000 ; la même série en centimes (× 100).

  • en DH : x̄ = 1 988,89 ; σ = 566,56 ; CV = 0,285 ;
  • en centimes : x̄ = 198 889 ; σ = 56 656 ; CV = 0,285.

L'écart-type est 100 fois plus grand en centimes, uniquement à cause de l'unité : les deux séries ont la même dispersion, ce que montre le CV.

Valeur du CVLecture habituelle
Proche de 0 (moins de 15 %)Dispersion faible : série homogène, la moyenne est représentative
De 15 % à 30 %Dispersion moyenne
Plus de 30 % (proche de 1 = 100 %)Dispersion forte : série hétérogène

Ces seuils sont des repères : on interprète surtout en comparant les CV (le plus petit CV = la série la plus homogène).

À retenir
  • Étendue = max − min ; intervalle interquartile = Q₃ − Q₁.
  • EAM = Σnᵢ|xᵢ − x̄| ÷ N.
  • V = Σnᵢ(xᵢ − x̄)² ÷ N = Σnᵢxᵢ² ÷ N − x̄² ; σ = √V.
  • CV = σ ÷ x̄ : indispensable pour comparer des séries d'unités ou de tailles différentes.

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Exercices
Exercice 1 : séries simples

Calculez la variance, l'écart-type et le coefficient de variation des séries : a) 6 1 8 10 5 4 11 3 2 9 7 12 13 (x̄ = 7) ; b) 19 17 7 1 4 24 15 22 10 13 (x̄ = 13,2) ; c) 15 12 17 15 20 15 20 15 15 9 7 (x̄ = 14,55) ; d) 21 25 34 10 20 27 14 20 34 (x̄ = 22,78). Quelle série est la plus homogène ?

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SérieΣxᵢ²V = Σxᵢ² ÷ n − x̄²σCV
a819819 ÷ 13 − 49 = 143,7453,45 %
b2 2702 270 ÷ 10 − 174,24 = 52,767,2655,03 %
c2 4882 488 ÷ 11 − 211,57 = 14,613,8226,28 %
d5 2035 203 ÷ 9 − 518,83 = 59,287,7033,80 %

La série c est la plus homogène (CV le plus faible : 26,28 %) ; la série b est la plus dispersée.

Exercice 2 : série classée

Ventes journalières pendant 80 jours (milliers de DH) : [0 – 10[ 8 ; [10 – 20[ 20 ; [20 – 30[ 28 ; [30 – 40[ 16 ; [40 – 50[ 8 (x̄ = 24,5 ; Q₁ = 16 ; Q₃ = 32,5). Calculez l'étendue, l'intervalle interquartile, l'EAM, la variance, l'écart-type et le CV. Interprétez.

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Ventesnᵢcᵢ|cᵢ − x̄|nᵢ|cᵢ − x̄|cᵢ²nᵢcᵢ²
[0 – 10[8519,515625200
[10 – 20[20159,51902254 500
[20 – 30[28250,51462517 500
[30 – 40[163510,51681 22519 600
[40 – 50[84520,51642 02516 200
Total80——692—58 000
  • Étendue = 50 − 0 = 50 ; intervalle interquartile = 32,5 − 16 = 16,5.
  • EAM = 692 ÷ 80 = 8,65 (soit 8 650 DH).
  • V = 58 000 ÷ 80 − 24,5² = 725 − 600,25 = 124,75 ; σ = √124,75 = 11,17 (11 170 DH).
  • CV = 11,17 ÷ 24,5 = 45,6 % : les ventes journalières sont très irrégulières.
Exercice 3 : comparer deux magasins

Chiffre d'affaires journalier de deux magasins : Casablanca : moyenne 12 000 DH, écart-type 3 000 DH ; Fès : moyenne 4 000 DH, écart-type 1 500 DH. Quel magasin a le chiffre d'affaires le plus régulier ?

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CV Casablanca = 3 000 ÷ 12 000 = 25 % ; CV Fès = 1 500 ÷ 4 000 = 37,5 %. Bien que son écart-type soit plus grand, Casablanca est le plus régulier : on compare des dispersions relatives.

Exercice 4 : sociétés A et B

Reprenez les chiffres d'affaires des sociétés A et B (moyenne 80 000 DH chacune). Calculez l'écart absolu moyen de chaque société et concluez.

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  • A : écarts absolus 70 000 ; 40 000 ; 50 000 ; 0 ; 20 000 ; 180 000 → total 360 000 ; EAM = 60 000 DH.
  • B : écarts absolus 16 000 ; 12 000 ; 3 000 ; 6 000 ; 18 000 ; 19 000 → total 74 000 ; EAM = 12 333 DH.

Le chiffre d'affaires de B s'écarte en moyenne cinq fois moins de la moyenne : il est beaucoup plus régulier.

Vidéos

Les vidéos de ce chapitre seront bientôt disponibles.

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