Chapitre 6

Les séries à double entrée : régression et corrélation

Cours

Une série statistique à double entrée (à deux variables) étudie deux caractères x et y mesurés sur les mêmes individus : prix et quantités vendues, budget publicitaire et chiffre d'affaires, nombre de visites et articles achetés… L'objectif est de mettre en évidence une relation entre les deux et de faire des prévisions.

Exemple utilisé dans ce chapitre :

Prix de l'article en DH (xᵢ)405530606570
Quantité vendue (yᵢ)200250100300410500

I. Le nuage de points

On place chaque couple (xᵢ ; yᵢ) dans un repère. Si les points sont à peu près alignés, on peut résumer la relation par une droite : c'est l'ajustement linéaire.

0 100 200 300 400 500 Quantité vendue (yᵢ) Prix de l'article (xᵢ) 20 30 40 50 60 70 80
Nuage de points : les points sont presque alignés

II. Le tableau de calcul

On calcule d'abord les moyennes x̄ = Σxᵢ ÷ n et ȳ = Σyᵢ ÷ n, puis les écarts à la moyenne.

x̄ = 3206 = 53,33
ȳ = 1 7606 = 293,33

xᵢyᵢxᵢ − x̄yᵢ − ȳ(xᵢ − x̄)²(yᵢ − ȳ)²(xᵢ − x̄)(yᵢ − ȳ)
40200−13,33−93,33177,788 711,111 244,44
552501,67−43,332,781 877,78−72,22
30100−23,33−193,33544,4437 377,784 511,11
603006,676,6744,4444,4444,44
6541011,67116,67136,1113 611,111 361,11
7050016,67206,67277,7842 711,113 444,44
3201 760001 183,33104 333,3310 533,33
Contrôle

La somme des écarts xᵢ − x̄ (et yᵢ − ȳ) est toujours égale à 0. Si ce n'est pas le cas (à l'arrondi près), il y a une erreur.

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III. La covariance

Cov(x, y) = Σ (xᵢ − x̄)(yᵢ − ȳ)n
ou
Cov(x, y) = Σ xᵢyᵢn − x̄ × ȳ

  • Cov > 0 : x et y varient dans le même sens ;
  • Cov < 0 : x et y varient en sens contraire ;
  • Cov(x, y) = Cov(y, x) et Cov(x, x) = V(x).

Exemple : Cov(x, y) = 10 533,33 ÷ 6 = 1 755,56 > 0 : quand le prix augmente, la quantité augmente aussi (produit perçu comme de meilleure qualité, par exemple).

IV. Les droites de régression (méthode des moindres carrés)

La droite des moindres carrés est celle qui rend minimale la somme des carrés des écarts entre les points observés et la droite : c'est la droite qui « colle » le mieux au nuage.

1. Droite de régression de y en fonction de x : D(y/x)

Elle sert à prévoir y quand on connaît x.

y = ax + b
a = Σ (xᵢ − x̄)(yᵢ − ȳ)Σ (xᵢ − x̄)²
b = ȳ − a x̄

D(y/x)

a = 10 533,33 ÷ 1 183,33 = 8,90 ; b = 293,33 − 8,90 × 53,33 = −181,31

D(y/x) : y = 8,90x − 181,31

Prévision de la quantité pour un prix de 95 DH : y = 8,90 × 95 − 181,31 = 664,19, soit 664 articles.

2. Droite de régression de x en fonction de y : D(x/y)

Elle sert à prévoir x quand on connaît y.

x = a'y + b'
a' = Σ (xᵢ − x̄)(yᵢ − ȳ)Σ (yᵢ − ȳ)²
b' = x̄ − a' ȳ

D(x/y)

a' = 10 533,33 ÷ 104 333,33 = 0,10 ; b' = 53,33 − 0,10 × 293,33 = 24

D(x/y) : x = 0,10y + 24

Prévision du prix pour vendre 600 articles : x = 0,10 × 600 + 24 = 84 DH.

Quelle droite utiliser ?

On cherche y (on connaît x) → D(y/x) : on divise par Σ(xᵢ − x̄)². On cherche x (on connaît y) → D(x/y) : on divise par Σ(yᵢ − ȳ)². Le numérateur est le même. Dans les examens : « prendre deux chiffres après la virgule ».

V. Le coefficient de corrélation linéaire r

La corrélation (co-relation) mesure l'intensité de la relation linéaire entre deux variables.

r = Σ (xᵢ − x̄)(yᵢ − ȳ)√( Σ (xᵢ − x̄)² × Σ (yᵢ − ȳ)² )

Valeur de rInterprétation
r = 0Pas de corrélation linéaire
−1 ≤ r < 0Corrélation négative : les variables varient en sens contraire (ex. prix ↑, ventes ↓)
0 < r ≤ 1Corrélation positive : les variables varient dans le même sens
|r| proche de 0Corrélation faible ou nulle : la droite ne permet pas de bonnes prévisions
|r| proche de 1 (au-delà de 0,8 environ)Corrélation forte : les prévisions par la droite sont fiables
|r| = 1Corrélation parfaite : les points sont exactement alignés
Corrélation prix – quantité

r = 10 533,33√(1 183,33 × 104 333,33) = 10 533,3311 111,30 = 0,95

r est proche de 1 : il existe une forte corrélation positive entre le prix et la quantité vendue.

Corrélation n'est pas causalité

Une forte corrélation montre que deux variables évoluent ensemble, mais pas que l'une est la cause de l'autre (les deux peuvent dépendre d'un troisième facteur, comme la saison).

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Exercices
Exercice 1 : Publicité et chiffre d'affaires

Une entreprise relève, sur 6 mois, son budget publicitaire xᵢ et son chiffre d'affaires yᵢ (en milliers de DH) :

Budget publicitaire (xᵢ)235689
Chiffre d'affaires (yᵢ)202634404856
  1. Déterminez l'équation de la droite D(y/x).
  2. Quel CA peut-on prévoir pour un budget de 10 milliers de DH ?
  3. Déterminez la droite D(x/y) et le budget nécessaire pour un CA de 70 milliers de DH.
  4. Calculez et interprétez le coefficient de corrélation.

NB : prendre deux chiffres après la virgule.

Afficher la correctionMasquer la correction

x̄ = 33 ÷ 6 = 5,5 ; ȳ = 224 ÷ 6 = 37,33

xᵢyᵢxᵢ − x̄yᵢ − ȳ(xᵢ − x̄)²(yᵢ − ȳ)²(xᵢ − x̄)(yᵢ − ȳ)
220−3,5−17,3312,25300,4460,67
326−2,5−11,336,25128,4428,33
534−0,5−3,330,2511,111,67
6400,52,670,257,111,33
8482,510,676,25113,7826,67
9563,518,6712,25348,4465,33
332240037,50909,33184

1) a = 184 ÷ 37,50 = 4,91 ; b = 37,33 − 4,91 × 5,5 = 10,33 → y = 4,91x + 10,33

2) y = 4,91 × 10 + 10,33 = 59,43 milliers de DH

3) a' = 184 ÷ 909,33 = 0,20 ; b' = 5,5 − 0,20 × 37,33 = −1,97 → x = 0,20y − 1,97. Pour y = 70 : x = 0,20 × 70 − 1,97 = 12,03 milliers de DH.

4) r = 184 ÷ √(37,50 × 909,33) = 184 ÷ 184,66 = 0,996 : corrélation positive très forte ; plus l'entreprise investit en publicité, plus son CA augmente.

Exercice 2 : Calculer la covariance avec la formule développée

Avec les données de l'exercice 1, calculez Σxᵢyᵢ puis la covariance par la formule Cov = Σxᵢyᵢ ÷ n − x̄ȳ. Vérifiez avec Σ(xᵢ − x̄)(yᵢ − ȳ) ÷ n.

Afficher la correctionMasquer la correction

Σxᵢyᵢ = 2 × 20 + 3 × 26 + 5 × 34 + 6 × 40 + 8 × 48 + 9 × 56 = 40 + 78 + 170 + 240 + 384 + 504 = 1 416

Cov = 1 416 ÷ 6 − 5,5 × 37,33 = 236 − 205,33 = 30,67

Vérification : 184 ÷ 6 = 30,67. La covariance est positive : le budget et le CA varient dans le même sens.

Vidéos

Les vidéos de ce chapitre seront bientôt disponibles.

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