Exercice 1 — statistique (4 points), dans l'esprit des sessions 2016–2026 (Sciences expérimentales, Informatique)
Le tableau ci-dessous donne la pression atmosphérique (en kilopascals) de l'atmosphère type à l'altitude (en kilomètres) ; les valeurs de sont arrondies au dixième.
| (km) | (kPa) |
|---|---|
I. Dans cette partie, les coefficients seront arrondis à et les estimations à . Dans la figure 1, on a représenté le nuage de points de la série .
- Ajustement affine.
- Donner l'arrondi à du coefficient de corrélation linéaire de la série . Un ajustement affine est-il envisageable ?
- Déterminer, par la méthode des moindres carrés, une équation de la droite de régression de en .
- En utilisant ce modèle, estimer la pression atmosphérique à km d'altitude.
- Limite du modèle affine.
- Tracer la droite dans la figure 1 et déterminer les coordonnées de son point d'intersection avec l'axe des abscisses.
- Selon ce modèle, quelle serait la pression à km d'altitude ? Ce modèle convient-il pour les hautes altitudes ?
II. On pose . Le tableau suivant donne les valeurs de arrondies à :
| (km) | |
|---|---|
- Déterminer l'arrondi à du coefficient de corrélation linéaire de la série . Un ajustement affine de en est-il justifié ?
- On admet que est une équation de la droite de régression de en . Justifier que la pression peut être modélisée par , où est un réel que l'on arrondira à l'unité.
- En utilisant ce nouveau modèle, estimer, à près, la pression atmosphérique à km puis à km d'altitude.
III. Dans la figure 2, on a représenté le nuage de points de la série et la courbe d'équation .
- Lequel des deux ajustements proposés s'avère le plus adapté à la situation ? Justifier la réponse.
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche
I.1.a Idée : la calculatrice (mode statistique à deux variables) donne ; on peut aussi l'obtenir à partir des moyennes, des variances et de la covariance. On note et les moyennes. On a : et , , et , d'où
est proche de (supérieur à ) : un ajustement affine de en est envisageable. Le signe négatif traduit la baisse de la pression quand l'altitude augmente.
I.1.b On pose . Par la méthode des moindres carrés :
(on calcule avec la valeur non arrondie de ). Une équation de la droite de régression est .
I.1.c En remplaçant par : . Selon ce modèle, la pression à km serait d'environ .
I.2.a Idée : deux points de suffisent pour la tracer ; son intersection avec l'axe des abscisses est le point d'ordonnée . On place par exemple et . Puis :
soit . Le point d'intersection de avec l'axe des abscisses est .
I.2.b Pour : , soit environ kPa. Une pression négative est absurde. Plus généralement, donne pour toute altitude supérieure à km : malgré , le modèle affine ne convient pas pour les hautes altitudes. Un bon coefficient de corrélation ne décrit que la plage observée ( à km).
II.1 Idée : même calcul que pour , sur la série du tableau. On a : , et , on obtient
est très proche de , et plus proche que : les points sont presque alignés, l'ajustement affine de en est justifié.
II.2 Idée : équivaut à , et . De on tire
Comme , on obtient à l'unité près, d'où .
II.3 Pour : , soit . Pour : , soit : une valeur positive, cette fois.
III.1 Idée : comparer l'allure du nuage à chacun des deux modèles, puis ce que chacun prévoit hors du tableau.
- Allure du nuage. Les points ne sont pas alignés : ils sont au-dessus de aux extrémités (, et ) et en dessous entre et km — le nuage est courbé. La courbe passe tout près de chaque point : ses écarts ne dépassent pas kPa, contre kPa pour .
- Prévisions. Au-delà de km, donne des pressions négatives ; reste positive et décroît vers quand l'altitude augmente, ce qui correspond à la situation.
- Corrélation. est plus proche de que .
L'ajustement le plus adapté est donc .