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Leçon 6

Faire des prévisions

Le cours écrit

6.1 La démarche complète

  1. Représenter le nuage et observer sa forme.
  2. Calculer rr et l'interpréter : si ∣r∣|r| est proche de 11, un ajustement affine est justifié.
  3. Déterminer la droite de régression utile.
  4. Faire l'estimation demandée.
  5. Porter un regard critique sur le résultat.

Exemple 10 (données simplifiées). Population d'une commune, en milliers d'habitants. Pour simplifier, chaque année est remplacée par son rang xx.

Année 2019 2020 2021 2022 2023
Rang xix_i 1 2 3 4 5
Population yiy_i (milliers) 42,5 44,6 47,2 49,8 51,9
  • Le nuage est presque aligné sur une droite qui monte.
  • x‾=3\overline{x} = 3, y‾=2365=47,2\overline{y} = \dfrac{236}{5} = 47{,}2, V(x)=2V(x) = 2, V(y)=11,54V(y) = 11{,}54 ; ∑xiyi=732\sum x_iy_i = 732, donc cov⁡(x,y)=7325−3×47,2=146,4−141,6=4,8\operatorname{cov}(x, y) = \dfrac{732}{5} - 3 \times 47{,}2 = 146{,}4 - 141{,}6 = 4{,}8.
  • r=4,82×11,54≈0,999r = \dfrac{4{,}8}{\sqrt{2} \times \sqrt{11{,}54}} \approx 0{,}999 : rr est très proche de 11, l'ajustement affine est justifié.
  • a=4,82=2,4a = \dfrac{4{,}8}{2} = 2{,}4 et b=47,2−2,4×3=40b = 47{,}2 - 2{,}4 \times 3 = 40 : Dy/xD_{y/x} : y=2,4 x+40y = 2{,}4\,x + 40.
  • Estimation pour 2030 : le rang est 1212, et y=2,4×12+40=68,8y = 2{,}4 \times 12 + 40 = 68{,}8. Si la tendance se maintient, la commune compterait environ 68 80068\,800 habitants en 2030.

6.2 Interpolation et extrapolation

  • Si la valeur de xx utilisée est comprise entre la plus petite et la plus grande valeur observée, on fait une interpolation.
  • Si elle est en dehors, on fait une extrapolation : on suppose que la tendance observée continue, ce que rien ne garantit. Plus on s'éloigne des valeurs observées, moins l'estimation est fiable.

Dans l'exemple 10, 2030 est sept ans après la dernière observation : c'est une extrapolation, à prendre avec prudence. Autre exemple : pour des enfants de 22 à 1212 ans (exercice 1), la taille augmente presque régulièrement avec l'âge, et la droite de régression est y=6,5 x+75y = 6{,}5\,x + 75 (en cm). À 3030 ans, elle prévoirait 6,5×30+75=2706{,}5 \times 30 + 75 = 270 cm : absurde, car la croissance s'arrête.

6.3 Quelle droite utiliser ?

  • Pour estimer yy connaissant xx, on utilise la droite de régression de yy en xx.
  • Pour estimer xx connaissant yy, on utilise la droite de régression de xx en yy.
  • Si l'énoncé impose une droite, on utilise celle-là.

Exemple 11. Retour à l'exemple 1.

  • Rendement attendu pour 800800 mm : avec Dy/xD_{y/x}, y=8+3=11y = 8 + 3 = 11 quintaux par hectare.
  • Pluie correspondant à un rendement de 1212 quintaux : avec Dx/yD_{x/y}, x=67×12−127=607≈8,57x = \dfrac{6}{7} \times 12 - \dfrac{12}{7} = \dfrac{60}{7} \approx 8{,}57, soit environ 857857 mm.
  • Avec Dy/xD_{y/x}, on aurait trouvé x+3=12x + 3 = 12, soit x=9x = 9 (900900 mm). Les deux droites ne donnent pas la même réponse, car r≠±1r \neq \pm 1.

6.4 Corrélation n'est pas causalité

Une forte corrélation montre que deux caractères varient ensemble ; elle ne prouve pas que l'un est la cause de l'autre. Par exemple, dans une ville, les ventes de ventilateurs et les ventes de glaces augmentent pendant les mêmes mois : les deux dépendent de la chaleur, et les ventilateurs ne font pas vendre les glaces. De même, deux grandeurs qui augmentent toutes les deux avec le temps sont fortement corrélées, sans lien de cause à effet entre elles.

Remarque (changement de variable). Quand le nuage n'a pas une forme allongée selon une droite, un énoncé peut proposer un changement de variable, par exemple z=ln⁡yz = \ln y. On applique alors la méthode à la série (xi ;zi)(x_i\,;z_i), puis on revient à yy (exercice 12).

Lire le cours complet du chapitre

Exercices 11 et 12

  • Exercice 11 : l'effectif d'un lycée
  • Exercice 12 : croissance d'une culture de bactéries (approfondissement)

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