Déclic StatsEconometrics · chapitres 1 à 3
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Chapitre 3 · Leçon 1

La logique d'un test : H0, H1 et le procès

« Peut-on dire que… ? » : comment transformer une question d'entreprise en test, et que veut dire exactement « rejeter H0 » ?

30 min
À la fin, tu sauras
  • Expliquer à quoi sert un test d'hypothèse, à partir d'une question concrète
  • Écrire correctement H0 et H1, avec le « = » toujours dans H0
  • Reconnaître un test bilatéral, unilatéral à gauche ou unilatéral à droite
  • Décider avec des bornes et le dire avec les mots exacts : reject H0 / fail to reject H0
  • Citer les 8 étapes d'un test

Ton professeur le dit lui-même : ce chapitre est le plus important du cours, et sans doute de toutes tes matières quantitatives. Bonne nouvelle : toute sa logique tient dans une idée que tu connais déjà, celle d'un procès. Dans cette leçon, tu apprends à poser la question correctement (H0 et H1) et à annoncer la décision avec les bons mots. Tout le reste du chapitre répète ce schéma.

1Ce que tu sais déjà

Au chapitre 2, tu as construit des intervalles de confiance : « je suis 95 % confiant que la moyenne de la population est entre … et … ». C'était une question ouverte : où se trouve la moyenne ?

Un test pose une question fermée. Quelqu'un fait une affirmation précise sur la population, et tu veux savoir si ton échantillon la contredit. La réponse sera du type oui / non, avec un risque d'erreur connu.

Intervalle de confiance (ch. 2)

Question : où est l'âge moyen des étudiants ?

Réponse : une fourchette. Sur StudentSurvey : entre 21,52 et 22,43 ans, avec 95 % de confiance.

Test d'hypothèse (ch. 3)

Question : l'âge moyen vaut-il 22 ans, comme on le prétend ?

Réponse : on rejette l'affirmation… ou on ne la rejette pas.

2À quoi sert un test ?

En entreprise, on se pose sans arrêt des questions de ce genre. Toutes celles-ci viennent du cours :

  • Marketing (Netflix) : « On pense que nos clients regardent la télé 2 heures par jour. Est-ce vrai ? »
  • Restauration rapide : « Le temps d'attente moyen était de 3 minutes. A-t-il changé ce mois-ci ? »
  • Contrôle qualité : « Le fournisseur garantit moins de 0,5 % de jouets défectueux. Peut-on le croire ? »
  • Médecine : « Ce vaccin protège-t-il vraiment ? »
  • Justice : « Peut-on conclure que l'accusé est coupable ? »

Point commun : impossible d'interroger toute la population (tous les clients, tous les jouets). On n'a qu'un échantillon, et un échantillon ne ressemble jamais parfaitement à la population. La vraie question devient donc : l'écart entre mon échantillon et l'affirmation est-il trop grand pour n'être qu'un hasard ?

L'idée

Un test d'hypothèse sert à décider, à partir d'un échantillon, si une affirmation sur la population tient la route. On ne « prouve » jamais rien : on regarde si les données sont compatibles avec l'affirmation, ou si elles la contredisent trop fortement.

hypothesis testing = test d'hypothèseclaim = affirmationnull hypothesis (H0) = hypothèse nullealternative hypothesis (H1 ou HA) = hypothèse alternativestatus quo = la situation actuelle, ce qu'on supposeevidence = preuves

3Le procès de Mister Bunny

Le professeur raconte cette histoire. La confiture a disparu. Dans la cuisine, il n'y avait qu'une petite fille de 4 ans, qui accuse un certain Mister Bunny. Mister Bunny passe en procès.

Au tribunal, une règle s'impose : tout accusé est présumé innocent tant que sa culpabilité n'est pas prouvée. On part donc de « innocent », et c'est à l'accusation d'apporter des preuves. Ici, les preuves sont plutôt maigres : pas de confiture sur Mister Bunny, il n'aime pas la confiture… et c'est une peluche.

Au tribunalDans un test statistique
Présomption d'innocence : « Mister Bunny est innocent »H0, l'hypothèse nulle : ce qu'on suppose vrai au départ
L'accusation : « il est coupable »H1, l'hypothèse alternative : ce qu'on cherche à montrer
Les preuvesLes données de l'échantillon
Preuves accablantes → condamnéDonnées très éloignées de H0 → on rejette H0 (reject H0)
Preuves insuffisantes → acquittéDonnées compatibles avec H0 → on ne rejette pas H0 (fail to reject H0)
Pour comprendre

Un accusé acquitté faute de preuves n'est pas forcément innocent : on n'a simplement pas pu prouver sa culpabilité. De même, quand on ne rejette pas H0, on n'a pas prouvé que H0 est vraie.

Et un accusé condamné peut, rarement, être innocent : un test peut se tromper lui aussi (c'est le sujet de la leçon 2). On ne saura jamais avec certitude si Mister Bunny a volé la confiture. On dit seulement si les preuves suffisent.

4Écrire H0 et H1

C'est l'étape 1 de tout test, et celle où l'on perd le plus de points à l'examen. Première règle : les deux hypothèses parlent toujours de la population (la vraie moyenne µ, la vraie proportion p), jamais de l'échantillon. La moyenne de ton échantillon, tu la connais déjà : pas besoin d'un test pour elle !

H0, l'hypothèse nulle

C'est le statu quo : ce qu'on suppose vrai, « ce qu'on s'attend à voir s'il ne se passe rien de spécial ». La valeur de l'an dernier, la valeur annoncée, « pas d'effet », « pas de lien ».

Elle contient toujours le signe « = » (ou « ≤ », « ≥ »).

On la garde tant qu'on n'a pas assez de preuves contre elle.

H1, l'hypothèse alternative

C'est l'affirmation à démontrer, souvent la question de recherche : « a changé », « a augmenté », « il y a un lien ».

Elle ne contient jamais « = », « ≤ » ni « ≥ » : seulement ≠, < ou >.

C'est le contraire exact de H0.

À retenir

Le signe « = » est toujours dans H0.

H0 = le statu quo (« rien n'a changé », « pas d'effet », « pas de lien »). H1 = ce que tu veux montrer.

Les trois exemples du cours

SituationH0H1Pourquoi
Une marque annonce 400 km d'autonomie pour sa voiture électrique. A priori, tu la crois.µ = 400 kmµ ≠ 400 kmOn vérifie l'annonce, sans idée de sens : bilatéral.
L'an dernier, le panier moyen était de 46 € par client. Peut-on dire qu'il a augmenté ?µ ≤ 46 €µ > 46 €« Augmenté » donne le sens de H1. Le statu quo (pas de hausse) reste dans H0.
L'origine (français / non-français) est-elle liée à la couleur préférée ?Pas de lien (indépendance)Lien (dépendance)Pour deux variables qualitatives, H0 = « indépendantes ». Ce sera le khi-deux (leçon 7).

La méthode en 3 questions

  1. Sur quoi porte la question ?Une moyenne (µ), une proportion (p), un lien entre deux variables…
  2. Quelle est la valeur de référence ?La valeur annoncée, celle de l'an dernier, une norme. On la note µ₀ (ou p₀). C'est elle qui apparaît dans H0 avec le « = ».
  3. Quel sens suggère la question ?« Différent », « a changé », « est-ce vrai ? » → H1 : ≠. « A augmenté », « plus de », « dépasse » → H1 : >. « A baissé », « moins de », « inférieur » → H1 : <.

5Bilatéral ou unilatéral ?

Le signe de H1 donne le type de test. Son nom vient de l'endroit où se trouve H1 par rapport à la valeur de référence : des deux côtés, à gauche ou à droite.

rejet rejet Bilatéral H1 : µ ≠ µ₀ µ₀ H0 : µ = µ₀ rejet des deux côtés rejet Unilatéral à gauche H1 : µ < µ₀ µ₀ H0 : µ ≥ µ₀ rejet à gauche seulement rejet Unilatéral à droite H1 : µ > µ₀ µ₀ H0 : µ ≤ µ₀ rejet à droite seulement
Lecture : chaque courbe représente les valeurs que pourrait donner un échantillon si H0 était vraie. Les zones rouges sont celles où l'on rejette H0 : elles se trouvent toujours du côté de H1.
Unilatéral à gauche
left-tailed
Bilatéral
two-tailed
Unilatéral à droite
right-tailed
H0µ ≥ µ₀µ = µ₀µ ≤ µ₀
H1µ < µ₀µ ≠ µ₀µ > µ₀
Mots-clés« moins de », « a baissé », « inférieur »« différent », « a changé », « est-ce vrai ? »« plus de », « a augmenté », « dépasse »
ExempleL'autonomie réelle est-elle inférieure aux 400 km annoncés ?L'autonomie vaut-elle 400 km ?Le panier moyen dépasse-t-il 46 € ?

Dans la pratique, la grande majorité des questions du cours sont bilatérales. Ne choisis un test unilatéral que si la question indique clairement un sens.

Et si je vois « H0 : µ = 46 » pour un test unilatéral ?

Certains livres écrivent toujours un « = » dans H0, même pour un test unilatéral. Le professeur signale cette habitude comme source de confusion : le test est exactement le même. Dans ce cours, écris « ≤ » ou « ≥ » : H0 et H1 couvrent alors toutes les valeurs possibles, sans trou.

6Décider : la méthode des bornes

Retour au mariage. Quelqu'un affirme : « les invités ont 30 ans en moyenne ». Tu ne peux pas demander leur âge aux 300 invités, alors tu en interroges un échantillon. Rien ne t'indique de sens : le test est bilatéral.

\[ H_0 : \mu = 30 \qquad\qquad H_1 : \mu \neq 30 \]

\(\mu\) : l'âge moyen de tous les invités (la population), que tu ne connais pas.

30 : la valeur de référence \(\mu_0\), celle de l'affirmation.

Même si l'âge moyen vaut vraiment 30 ans, ton échantillon ne donnera presque jamais exactement 30 : plutôt 29,2 ou 31,5, à cause du hasard du tirage (c'est la variabilité d'échantillonnage du chapitre 2). Donc :

  • une moyenne d'échantillon proche de 30 est compatible avec H0 → on ne rejette pas H0 ;
  • une moyenne loin de 30, au-dessus ou en dessous, est suspecte → on rejette H0.

Pour savoir où commence « loin », on fixe des bornes, aussi appelées valeurs critiques. Dans l'exemple du cours, elles valent 26 et 34 ans.

Moyenne de ton échantillonOù tombe-t-elle ?Décision
28,5 ansentre 26 et 34On ne rejette pas H0
33,9 ansentre 26 et 34 (de justesse)On ne rejette pas H0
25 anssous la borne 26On rejette H0
35,2 ansau-dessus de la borne 34On rejette H0

D'où viennent 26 et 34 ? Dans l'exemple du professeur, elles sont posées « arbitrairement », pour comprendre. En vrai, on les calcule à partir du risque d'erreur qu'on accepte (le risque α, leçon 2) : on standardise l'écart et on le compare à une valeur critique (1,96 pour la loi normale, environ 2 pour une loi de Student avec une centaine d'observations). Tu n'auras jamais à faire ce calcul à l'examen : SPSS s'en charge, et la p-value remplacera les bornes par un seul nombre.

Le vocabulaire de l'examen
  • Expected value (valeur attendue, µ₀) : la valeur annoncée par H0, ici 30 ans.
  • Observed value (valeur observée, \(\bar{x}\)) : la moyenne de ton échantillon, ici 25 ans.
  • Critical values (valeurs critiques, bornes) : les limites au-delà desquelles on rejette H0.
  • tSTAT (statistique de test) : l'écart entre valeur observée et valeur attendue, une fois standardisé. C'est lui qu'on compare aux valeurs critiques, et c'est SPSS qui le calcule (colonne « t »).

7Les mots exacts : reject ou fail to reject

Le professeur insiste : on ne dit jamais « H0 est vraie » ni « H1 est vraie ». Pourquoi ? Parce qu'on travaille sur un échantillon, qui peut être trompeur (au mariage, tu as peut-être interrogé la table des enfants !).

  • Si la moyenne de l'échantillon est entre 26 et 34, l'âge moyen vaut-il exactement 30 ? Non ! Il vaut peut-être 31. On sait seulement que les données ne contredisent pas H0.
  • Si elle est en dehors, est-on sûr que l'âge moyen n'est pas 30 ? Non plus : on a peut-être eu un échantillon malchanceux. Mais c'est peu probable, donc on rejette H0.

✓ Ce qu'on écrit

“We reject H0.”

“We fail to reject H0” / “We cannot reject H0.”

“There is (not) enough statistical evidence to say that…”

✗ Ce qu'on n'écrit jamais

“We accept H0.” / “H0 is true.”

“We have proven H1.”

“The mean age is 30.”

À l'examen

Pour l'échantillon à 25 ans :

The sample mean (25) is outside the bounds [26 ; 34], so we reject H0. There is enough statistical evidence, at a 5% level of significance, to say that the mean age of the guests is not 30.

Pour un échantillon à 28,5 ans :

The sample mean (28.5) is between the bounds, so we fail to reject H0. There is not enough statistical evidence, at a 5% level of significance, to say that the mean age of the guests differs from 30.

Le « 5% level of significance », c'est le risque α : tu le découvres dans la leçon suivante.

8Les 8 étapes d'un test (aperçu)

Tous les tests du chapitre suivent le même plan en 8 étapes. Tu n'as pas à tout maîtriser aujourd'hui : chaque leçon en éclaire une partie.

  1. Poser H0 et H1Le statu quo et l'affirmation à montrer, avec le « = » dans H0. C'est cette leçon.
  2. Dire sur quoi on travailleUne moyenne ? Une proportion ? Un ou plusieurs groupes ? Deux variables qualitatives ? Voir la leçon 4.
  3. Choisir le testTest t, khi-deux, test binomial… Voir la leçon 4.
  4. Vérifier les conditionsPar exemple n > 50 pour un test t ; sinon, un plan B. Voir la leçon 4.
  5. Fixer le risque αLe plus souvent 5 %. Voir la leçon 2.
  6. Comparer l'échantillon à H0Avec des bornes (comme ici) ou, beaucoup plus simple, en lisant la p-value et en la comparant à α. Voir la leçon 3.
  7. DéciderReject H0 ou fail to reject H0.
  8. Conclure en contexteUne phrase en anglais, avec les mots de la question (âge, prix, clients…) et le risque.

9Entraîne-toi à écrire H0 et H1

C'est l'exercice le plus rentable du chapitre. Pour chaque situation, applique la méthode en 3 questions avant de regarder les réponses.

Écris H0 et H1

Le temps d'attente moyen dans ton fast-food était de 3 minutes. Tu veux savoir s'il a changé ce mois-ci.

  • H0 : µ ≠ 3 ; H1 : µ = 3 Inversé : le « = » est toujours dans H0. Le statu quo, c'est « rien n'a changé ».
  • H0 : µ ≤ 3 ; H1 : µ > 3 Ce serait la bonne réponse si la question était « a-t-il augmenté ? ». Ici, « changé » vaut dans les deux sens.
  • H0 : µ = 3 ; H1 : µ ≠ 3 Oui : « a changé » ne donne pas de sens (plus long ou plus court), donc test bilatéral. La valeur de référence (3 minutes) va dans H0.
  • H0 : \(\bar{x}\) = 3 ; H1 : \(\bar{x}\) ≠ 3 \(\bar{x}\) est la moyenne de ton échantillon : tu la connais déjà ! Les hypothèses portent sur la population (µ).
Écris H0 et H1

L'an dernier, le panier moyen était de 46 € par client. Le directeur veut montrer qu'il a augmenté cette année.

  • H0 : µ ≤ 46 ; H1 : µ > 46 Exact, c'est l'exemple du cours : ce qu'on veut montrer (une hausse) va dans H1, le statu quo (pas de hausse) dans H0, avec le « ≤ ».
  • H0 : µ = 46 ; H1 : µ ≠ 46 Ce test répondrait à « a-t-il changé ? ». Mais la question donne un sens : « augmenté ».
  • H0 : µ > 46 ; H1 : µ ≤ 46 Inversé : le « ≤ » contient l'égalité, il doit être dans H0. Et H1 est ce qu'on veut montrer : la hausse.
Écris H0 et H1

Une association de consommateurs soupçonne que l'autonomie réelle de la voiture électrique est inférieure aux 400 km annoncés. Quelle hypothèse alternative ?

  • H1 : µ ≠ 400 (bilatéral) Ce serait juste pour simplement vérifier l'annonce. Ici, l'association soupçonne un sens précis : « moins ».
  • H1 : µ ≥ 400 Impossible : « ≥ » contient l'égalité, il va dans H0, jamais dans H1.
  • H1 : µ > 400 (unilatéral à droite) Mauvais sens : l'association soupçonne une autonomie plus faible.
  • H1 : µ < 400 (unilatéral à gauche) Oui : la question donne le sens « inférieure », H1 va de ce côté. H0 est alors µ ≥ 400.
Écris H0 et H1

Ton fournisseur garantit au plus 0,5 % de jouets défectueux. Le service qualité veut montrer que le lot en contient davantage. Quelles hypothèses (p = proportion de jouets défectueux dans le lot) ?

  • H0 : p = 0,005 ; H1 : p ≠ 0,005 Le service qualité ne se demande pas « est-ce différent ? » mais « est-ce plus ? » : la question a un sens.
  • H0 : p ≤ 0,005 ; H1 : p > 0,005 Oui. La garantie du fournisseur est le statu quo (H0) ; le soupçon du service qualité est ce qu'il faut démontrer (H1). Unilatéral à droite.
  • H0 : p > 0,005 ; H1 : p ≤ 0,005 Inversé : ce serait présumer le fournisseur coupable. Et le « ≤ » doit être dans H0.
Écris H0 et H1

Un laboratoire teste un nouveau vaccin. Quelle est l'hypothèse nulle ?

  • « Le vaccin est efficace. » C'est ce que le laboratoire veut montrer, donc H1. Partir de « efficace », ce serait valider le vaccin sans preuve.
  • « Le vaccin n'a aucun effet. » Oui : par prudence, on suppose au départ qu'un nouveau vaccin ne marche pas. C'est à lui de faire ses preuves, comme l'accusation au tribunal.
  • « Le vaccin est parfait. » Personne ne cherche à montrer ça. Même en rejetant H0, on dira seulement que le vaccin a un effet, pas qu'il est parfait.
Écris H0 et H1

Tu te demandes si le genre d'un client est lié au fait d'être abonné à Netflix. Quelles hypothèses ?

  • H0 : genre et abonnement sont liés ; H1 : ils sont indépendants Inversé : « pas de lien » est le statu quo. Deux variables prises au hasard n'ont, a priori, aucune raison d'être liées.
  • H0 : 50 % des abonnés sont des hommes ; H1 : ce n'est pas 50 % C'est une autre question (une proportion comparée à 50 %), pas celle d'un lien entre deux variables.
  • H0 : genre et abonnement sont indépendants ; H1 : ils sont liés Oui : pour deux variables qualitatives, H0 est toujours « pas de lien » (indépendance).

10Les pièges classiques

Piège n° 1 : l'égalité dans H1

« H0 : µ ≠ 30 ; H1 : µ = 30 »

Le « = » (ou ≤, ≥) est toujours dans H0. Logique : on ne pourra jamais démontrer avec un échantillon qu'une moyenne vaut exactement 30. On peut seulement montrer qu'elle n'en est pas loin… ou qu'elle en est loin.

Piège n° 2 : des hypothèses sur l'échantillon

« H0 : \(\bar{x}\) = 30 »

\(\bar{x}\) est la moyenne de ton échantillon : tu la calcules, tu n'as rien à tester. Les hypothèses portent sur la population : µ pour une moyenne, p pour une proportion.

Piège n° 3 : « on ne rejette pas H0, donc H0 est vraie »

Non : on n'a simplement pas assez de preuves contre H0, comme l'accusé acquitté faute de preuves. On écrit fail to reject H0, jamais accept H0.

11Teste-toi

Vérifie que tu as compris

Au mariage (H0 : µ = 30, bornes 26 et 34), ton échantillon donne une moyenne de 33 ans. Que décides-tu ?

  • On rejette H0, car 33 ≠ 30. Un échantillon ne donne presque jamais exactement 30. La vraie question est de savoir si l'écart est grand : ici, 33 reste dans les bornes.
  • On ne rejette pas H0. Oui : 33 est entre 26 et 34. L'écart avec 30 peut s'expliquer par le hasard de l'échantillon.
  • On accepte H0 : l'âge moyen est de 30 ans. Bonne décision, mauvais mots : on ne dit jamais « accept H0 », et l'âge moyen vaut peut-être 31 ou 32.
Vérifie que tu as compris

Que signifie exactement « we fail to reject H0 » ?

  • H0 est vraie. C'est le contresens à éviter : comme pour l'acquitté faute de preuves, H0 n'est pas prouvée.
  • H1 est fausse. On n'a rien prouvé sur H1 : avec plus de données, on aurait peut-être pu la détecter.
  • Les données n'apportent pas assez de preuves contre H0. Exactement. On garde H0 faute de mieux, sans affirmer qu'elle est vraie.
Vérifie que tu as compris

« Le temps moyen passé sur l'appli a-t-il diminué depuis la mise à jour ? » (avant : 12 minutes). Quel type de test ?

  • Bilatéral (H1 : µ ≠ 12) Non : « diminué » indique un sens précis.
  • Unilatéral à droite (H1 : µ > 12) Mauvais côté : « diminué » veut dire plus petit, donc à gauche.
  • Unilatéral à gauche (H1 : µ < 12) Oui : H1 est du côté des petites valeurs, la zone de rejet est à gauche. H0 est µ ≥ 12.
Vérifie que tu as compris

Laquelle de ces paires d'hypothèses est correctement écrite ?

  • H0 : µ > 50 ; H1 : µ ≤ 50 Le « ≤ » contient l'égalité : il doit être dans H0, pas dans H1.
  • H0 : µ = 50 ; H1 : µ ≥ 50 H1 contient une égalité (≥), et la valeur 50 serait à la fois dans H0 et dans H1 : impossible.
  • H0 : µ ≥ 50 ; H1 : µ < 50 Oui : l'égalité est dans H0, H1 est le contraire exact (unilatéral à gauche).
  • H0 : µ ≠ 50 ; H1 : µ = 50 Inversé : le « = » est toujours dans H0.

En résumé

  • Un test décide, à partir d'un échantillon, si une affirmation sur la population tient la route. On ne prouve jamais rien à 100 %.
  • H0 = statu quo, présumée vraie (comme l'innocence au tribunal), avec le « = » (ou ≤, ≥). H1 = ce qu'on veut montrer (≠, < ou >).
  • H1 : ≠ → bilatéral ; H1 : < → unilatéral à gauche ; H1 : > → unilatéral à droite. Le plus souvent : bilatéral.
  • Échantillon loin de H0 (au-delà des bornes) → reject H0 ; proche → fail to reject H0. Jamais « accept H0 ».
  • Un test suit toujours 8 étapes : hypothèses, objet, choix du test, conditions, α, comparaison, décision, conclusion.

Pour t'entraîner : exercices du chapitre 3.

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Déclic Stats — supports de révision pour le cours Econometrics (IESEG). Les explications sont rédigées en français ; le vocabulaire d'examen est donné en anglais.