Übungsaufgaben für CFA Level I: Quantitative Methods und Fixed Income: Lernpaket

Formelsammlungen, die wichtigsten Lösungsschritte zu jedem Thema und 20 Übungsaufgaben, mit vollständigen Lösungen am Ende.

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1Formeln und Methoden

Zeitwert des Geldes

Endwert
FV = PV·(1 + i)n
Barwert
PV = FV/(1 + i)n
Mehrere Perioden pro Jahr
i = r/m, N = m·n
Rente, Barwert
PV = PMT·[1 − (1 + i)−n]/i
Rente, Endwert
FV = PMT·[(1 + i)n − 1]/i

Methode

  1. Zeichne einen Zeitstrahl mit jeder Zahlung und ihrem Zeitpunkt.
  2. Passe den Zinssatz an die Periode an: ein Monatszins für monatliche Zahlungen.
  3. Verwende FV = PV·(1 + i)ⁿ für Einzelbeträge und die Rentenformeln für gleich hohe Zahlungen.
  4. Prüfe Vorzeichen und Größenordnung des Ergebnisses.

Kapitalwert & interner Zinsfuß

Kapitalwert
NPV = −C0 + Σ CFt/(1 + r)t
Gleiche Zahlungen
NPV = −C0 + CF·[1 − (1 + r)−n]/r
Interner Zinsfuß
das r, bei dem NPV = 0
Entscheidung
annehmen, wenn NPV > 0 (oder IRR > geforderte Rendite)

Methode

  1. Liste alle Zahlungen mit ihrem Jahr auf; die Investition in Jahr 0 ist negativ.
  2. Zinse jede Zahlung ab: CFt/(1 + r)t.
  3. Addiere sie zum Kapitalwert (NPV). Positiv bedeutet, dass das Projekt mehr als r erwirtschaftet.
  4. Für den internen Zinsfuß (IRR) suchst du durch Probieren oder Interpolation den Zinssatz, bei dem der Kapitalwert null ist.

Anleihekurs & Rendite

Anleihekurs
P = C·(1 − (1 + y)−n)/y + F/(1 + y)n
Halbjährlich
C/2, y/2 und 2n Perioden
Laufende Rendite
C/P
Kurs und Rendite
Rendite steigt → Kurs fällt

Methode

  1. Bestimme den Kupon pro Periode und die Rendite pro Periode.
  2. Kurs = Barwert der Kupons (eine Rente) + Barwert des Nennwerts.
  3. Bei halbjährlichen Kupons verwendest du den halben Kupon, die halbe Rendite und die doppelte Anzahl Perioden.
  4. Kontrolle: Liegt die Rendite über dem Kuponsatz, liegt der Kurs unter dem Nennwert.

CAPM & WACC

CAPM
re = rf + β·(rm − rf)
WACC
E/V·re + D/V·rd·(1 − T)
Unternehmenswert
V = E + D

Beschreibende Statistik

Mittelwert
x̄ = Σx/n
Stichproben-Standardabweichung
s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
Median
mittlerer Wert der sortierten Daten
z-Wert
z = (x − μ)/σ
Normalverteilung
68% innerhalb ±1σ, 95% innerhalb ±2σ

Wahrscheinlichkeit

Gegenereignis
P(not A) = 1 − P(A)
Additionssatz
P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
Unabhängige Ereignisse
P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
Bedingte Wahrscheinlichkeit
P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
Binomialverteilung
P(X = k) = C(n,k)·pk(1 − p)n−k

Normalverteilung

z-Wert
z = (x − μ)/σ
Unterhalb von x
P(X < x) = Φ(z)
Oberhalb von x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Dazwischen
Φ(z2) − Φ(z1)
Perzentil
x = μ + z·σ

Methode

  1. Rechne den Wert in einen z-Wert um: z = (x − μ)/σ.
  2. Lies Φ(z) ab, die Fläche links von z.
  3. Für die Fläche rechts verwende 1 − Φ(z); für ein Intervall subtrahiere die beiden linken Flächen.
  4. Für ein Perzentil rechnest du rückwärts: Bestimme z zur Fläche, dann x = μ + z·σ.

Konfidenzintervalle

σ bekannt
x̄ ± z·σ/√n
σ unbekannt
x̄ ± t·s/√n, df = n − 1
Kritischer z-Wert
90%: 1,645, 95%: 1,96, 99%: 2,576
Stichprobenumfang
n = (z·σ/E)², rounded up

Methode

  1. Entscheide zwischen z (σ der Grundgesamtheit bekannt) und t (nur die Stichproben-Standardabweichung s, mit n − 1 Freiheitsgraden).
  2. Bestimme den kritischen Wert für das Konfidenzniveau.
  3. Fehlerspanne: E = kritischer Wert × Standardabweichung/√n.
  4. Intervall: x̄ ± E.

Hypothesentests & Konfidenzintervalle

z-Test für einen Mittelwert
z = (x̄ − μ0)/(σ/√n)
t-Test für einen Mittelwert
t = (x̄ − μ0)/(s/√n), df = n − 1
Zweiseitig bei 5%
H0 ablehnen, wenn |z| > 1,96
Konfidenzintervall
x̄ ± z·σ/√n

Methode

  1. Formuliere H₀ und H₁ und entscheide, ob der Test einseitig oder zweiseitig ist.
  2. Berechne die Teststatistik: (x̄ − μ₀)/(σ/√n), oder mit s und t.
  3. Vergleiche mit dem kritischen Wert oder bestimme den p-Wert.
  4. Verwirf H₀, wenn die Statistik jenseits des kritischen Werts liegt (p kleiner als α), und formuliere die Schlussfolgerung in Worten.

Lineare Regression und Korrelation

Quadratsummen
Sxx = Σ(x − x̄)² = Σx² − (Σx)²/n, Sxy = Σxy − ΣxΣy/n
Steigung
b = Sxy/Sxx
Achsenabschnitt
a = ȳ − b·x̄
Korrelation
r = Sxy/√(SxxSyy)
Residuum
e = y − ŷ

2Übungsaufgaben

1.Zeitwert des GeldesMittel
Perioden01211 + EAR = ?25% / 2

Eine Kreditkarte berechnet einen nominalen Zinssatz von 25 % pro Jahr bei halbjährlicher Verzinsung. Bestimme den effektiven Jahreszins EAR in Prozent.

r = 25%m = 2
EAR = %
2.Zeitwert des GeldesSchwer
Monate0123…240€500€500€500FV = ?

Du sparst 20 Jahre lang am Ende jedes Monats €500. Das Konto bringt 4,2 % pro Jahr bei monatlicher Verzinsung. Wie viel hast du am Ende gespart? Bestimme FV.

A = €5004,2% / 12N = 240
FV = €
3.Kapitalwert & interner ZinsfußMittel
Jahre0123…9−250 00023 000+1%+1%…r = 8%, NPV = ?

Ein Projekt kostet heute €250 000. Es erwirtschaftet am Ende des ersten Jahres €23 000, danach wächst der Zahlungsüberschuss für immer um 1 % pro Jahr. Die Kapitalkosten betragen 8 %. Bestimme den Kapitalwert NPV.

C0 = €250 000CF1 = €23 000g = 1%r = 8%
NPV = €
4.Kapitalwert & interner ZinsfußSchwer
Jahre0123…10−10 0002 0002 0002 0002 000

Eine Investition von €10 000 bringt 10 Jahre lang am Ende jedes Jahres €2 000. Bestimme ihren internen Zinsfuß IRR in Prozent.

C0 = €10 000CF = €2 000n = 10
IRR = %
5.Anleihekurs & RenditeMittel

Du kaufst eine Anleihe mit 8 Jahren Restlaufzeit (Nennwert €1 000, jährlicher Kupon 4,5%), wenn ihre Rendite bis zur Fälligkeit 7% beträgt. Ein Jahr später, direkt nach Erhalt des ersten Kupons, verkaufst du sie bei einer Rendite bis zur Fälligkeit von 6,5%. Bestimme deine Haltedauerrendite HPR in Prozent.

F = €1 000Kuponsatz = 4,5%n = 8y0 = 7%y1 = 6,5%
HPR = %
6.Anleihekurs & RenditeSchwer
Jahre0123…8€920€80€80 + €1 000

Eine Anleihe mit einem Nennwert von €1 000 und einem jährlichen Kupon von 8% wird in 8 Jahren fällig und kostet €920. Bestimme ihre Rendite bis zur Fälligkeit YTM in Prozent.

F = €1 000Kuponsatz = 8%n = 8P = €920
YTM = %
7.CAPM & WACCMittel
βr (%)SMLrf​ = 2%β = 1rm​ = ?β = 1,5re​ = 11,75%

Eine Aktie mit einem Beta von 1,5 hat eine geforderte Rendite von 11,75%. Der risikolose Zinssatz beträgt 2%. Welche erwartete Marktrendite rm folgt aus dem CAPM?

β = 1,5re = 11,75%rf = 2%
rm = %
8.CAPM & WACCSchwer
WACC = ?Eigenkapital2 500 000 × €13,00β = 1,1rf​ = 1,5%, rm​ = 6%Fremdkapital20 000 × €980rd​ = 3,5%T = 20%

Ein Unternehmen hat 2 500 000 Aktien zu je €13,00 und 20 000 Anleihen mit einem Kurs von je €980. Die Fremdkapitalkosten vor Steuern betragen 3,5% und der Steuersatz 20%. Das Beta der Aktie ist 1,1, der risikofreie Zinssatz 1,5% und die Marktrendite 6%. Bestimme den WACC.

β = 1,1rf = 1,5%rm = 6%rd = 3,5%T = 20%
WACC = %
9.Beschreibende StatistikMittel
152025303540455055

Bestimme die Stichproben-Standardabweichung s der Daten: 15, 51, 34, 13, 13, 56, 47.

n = 7
s =
10.Beschreibende StatistikSchwer
z −2−1012

Eine Größe ist normalverteilt mit Mittelwert 100 und Standardabweichung 10. Welcher Anteil P der Werte liegt über 88?

μ = 100σ = 10x = 88
P =
11.WahrscheinlichkeitMittel
xp(x)100,3200,15300,35400,2μ = 24,5

Bestimme für die gezeigte Verteilung die Standardabweichung σ von X.

x: 10, 20, 30, 40p(x): 0,3, 0,15, 0,35, 0,2
σ =
12.WahrscheinlichkeitSchwer
n = 11, p = 0,6: P(X = 3) = ?k01234567891011

Ein Test hat 11 Multiple-Choice-Fragen. Eine Studentin, die rät, beantwortet jede unabhängig mit Wahrscheinlichkeit 0,6 richtig. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit P für genau 3 richtige Antworten?

n = 11p = 0,6k = 3
P =
13.NormalverteilungMittel
−3−2−10123zschattierte Fläche rechts von z = 0,9671

Ziehe z so, dass die schattierte Fläche unter der Standardnormalverteilung rechts von z gleich 0,9671 ist. Bestimme z auf zwei Nachkommastellen.

A = 0,9671
z =
14.NormalverteilungSchwer
μ = 100x = ?75%

Die IQ-Werte sind normalverteilt mit dem Mittelwert 100 Punkte und der Standardabweichung 15 Punkte. Bestimme den Wert x, unter dem 75 % von ihnen liegen (das 75. Perzentil).

μ = 100σ = 15P = 75%
x = Punkte
15.KonfidenzintervalleMittel
n = 6, s = 18L = ?Ux̄ = 61,5E95%

Eine Stichprobe von 6 Elementen hat den Mittelwert 61,5 und die Standardabweichung s = 18. Die Grundgesamtheit ist annähernd normalverteilt. Bestimme die untere Grenze des 95-%-Konfidenzintervalls für den Mittelwert.

n = 6x̄ = 61,5s = 1895%t(5) = 2,571
untere Grenze =
16.KonfidenzintervalleSchwer
σ = 25, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 1,599%

Die Standardabweichung der Grundgesamtheit ist 25. Wie groß muss die Stichprobe n sein, damit ein 99-%-Konfidenzintervall für den Mittelwert eine Fehlermarge von höchstens 1,5 hat?

σ = 25E = 1,599%
n =
17.Hypothesentests & KonfidenzintervalleMittel
−2,44p = ?

Der Mittelwert einer Grundgesamtheit soll 100 betragen; die Standardabweichung der Grundgesamtheit ist bekanntermaßen 48. Eine Zufallsstichprobe von 144 Beobachtungen hat den Mittelwert 90,24. Teste H₀: μ = 100 gegen H₁: μ < 100. Bestimme den p-Wert p.

μ₀ = 100σ = 48n = 144x̄ = 90,24H₁: μ < μ₀
p =
18.Hypothesentests & KonfidenzintervalleSchwer
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 2,5α = 0,05βσ = 18, Teststärke 95%, n = ?

Ein einseitiger z-Test bei α = 0,05 soll eine Verschiebung des Mittelwerts um 2,5 Einheiten mit einer Teststärke von 95 % erkennen. Die Standardabweichung beträgt 18. Bestimme den Mindeststichprobenumfang n.

α = 0,05Teststärke = 95%δ = 2,5σ = 18zα = 1,645zβ = 1,645
n =
19.Lineare Regression und KorrelationMittel
xy2124206288331043xy51010203040

Die Tabelle enthält 5 Wertepaare von x = Last in kN und y = Verlängerung in mm. Ihre Summen sind gegeben. Bestimme daraus den Korrelationskoeffizienten nach Pearson r.

n = 5Σx = 30Σy = 136Σx² = 220Σy² = 4266Σxy = 966
r =
20.Lineare Regression und KorrelationSchwer
xy128225324419519xy242025ŷ = 24

Die Tabelle enthält 5 Wertepaare von x = Fahrzeugalter in Jahren und y = Preis in k€. Verwende die Regressionsgerade ŷ = a + b·x nach der Methode der kleinsten Quadrate. Für welchen Wert x sagt die Gerade ŷ = 24 voraus?

n = 5ŷ = 24
x =

3Lösungen

1.Zeitwert des Geldes

Antwort: EAR = 26,56 %

Zeitwert des Geldes: Geld heute ist mehr wert als derselbe Betrag später, weil es Zinsen bringen kann. Bei einem Zinssatz i pro Periode wächst ein Betrag auf FV = PV·(1 + i)n. Eine Reihe gleicher Zahlungen (eine Annuität) wird bewertet, indem man alle Zahlungen aufsummiert; daraus ergeben sich die Rentenformeln.

Zinssatz pro Periode

r/m = 0,25/2 = 0,125

Über ein Jahr aufzinsen

EAR = (1 + 0,125)2 − 1 = 1,266 − 1 = 26,56%

Antwort

EAR = 26,56%

Der effektive Jahreszins liegt immer über dem Nominalzins, wenn die Zinsen mehr als einmal im Jahr gutgeschrieben werden.

2.Zeitwert des Geldes

Antwort: FV = 187567 €

Zeitwert des Geldes: Geld heute ist mehr wert als derselbe Betrag später, weil es Zinsen bringen kann. Bei einem Zinssatz i pro Periode wächst ein Betrag auf FV = PV·(1 + i)n. Eine Reihe gleicher Zahlungen (eine Annuität) wird bewertet, indem man alle Zahlungen aufsummiert; daraus ergeben sich die Rentenformeln.

Monatszins und Anzahl der Einzahlungen

i = 0,042/12 = 0,0035
N = 12·20 = 240

Endwert der Einzahlungen

FV = A·((1 + i)N − 1)/i = 500·(2,313 − 1)/0,0035 = €187 567,48

Antwort

FV = €187 567,48

Du hast selbst €120 000 eingezahlt; der Rest sind Zinsen.

3.Kapitalwert & interner Zinsfuß

Antwort: NPV = 78571 €

Kapitalwert: Zinse jeden Zahlungsstrom mit der geforderten Rendite r auf heute ab und addiere alle: NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. Ein Projekt mit NPV > 0 verdient mehr als r und schafft Wert. Der interne Zinsfuß (IRR) ist der Zinssatz, bei dem NPV = 0 ist.

Wert der Zahlungen

PV = 23 000/(0,08 − 0,01) = 328 571,43

NPV

NPV = 328 571,43 − 250 000 = €78 571,43

Antwort

NPV = €78 571,43

Der Kapitalwert ist positiv, das Projekt verdient also mehr als die geforderte Rendite.

4.Kapitalwert & interner Zinsfuß

Antwort: IRR = 15,1 %

Kapitalwert: Zinse jeden Zahlungsstrom mit der geforderten Rendite r auf heute ab und addiere alle: NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. Ein Projekt mit NPV > 0 verdient mehr als r und schafft Wert. Der interne Zinsfuß (IRR) ist der Zinssatz, bei dem NPV = 0 ist.

Erforderlicher Rentenbarwertfaktor

(1 − (1 + i)−10)/i = 10 000/2 000 = 5

Nach dem Zinssatz auflösen

Der Rentenbarwertfaktor sinkt, wenn der Zinssatz steigt; schließe den Zinssatz ein und grenze ihn ein.

i = 15%: 5,019
i = 16%: 4,833
IRR = 15,1%

Antwort

IRR = 15,1%
5.Anleihekurs & Rendite

Antwort: HPR = 9,944 %

Anleihebewertung: Der Kurs einer Anleihe ist der Barwert ihrer Zahlungen, abgezinst mit der Rendite bis zur Fälligkeit (YTM): Die Kupons bilden eine Annuität, und der Nennwert wird bei Fälligkeit zurückgezahlt. P = C·(1 − (1 + y)⁻ⁿ)/y + F/(1 + y)ⁿ. Liegt die Rendite über dem Kuponsatz, notiert die Anleihe unter dem Nennwert, und umgekehrt.

Kaufpreis

C = €45,00, i = 0,07, N = 8
€45,00·(1 − 0,582)/0,07 + €1 000·0,582 = €268,71 + €582,01 = €850,72

Verkaufspreis

C = €45,00, i = 0,065, N = 7
€45,00·(1 − 0,6435)/0,065 + €1 000·0,6435 = €246,80 + €643,51 = €890,31

Haltedauerrendite

HPR = (45 + 890,31 − 850,72)/850,72 = 9,944%

Antwort

HPR = 9,944%
6.Anleihekurs & Rendite

Antwort: YTM = 9,471 %

Anleihebewertung: Der Kurs einer Anleihe ist der Barwert ihrer Zahlungen, abgezinst mit der Rendite bis zur Fälligkeit (YTM): Die Kupons bilden eine Annuität, und der Nennwert wird bei Fälligkeit zurückgezahlt. P = C·(1 − (1 + y)⁻ⁿ)/y + F/(1 + y)ⁿ. Liegt die Rendite über dem Kuponsatz, notiert die Anleihe unter dem Nennwert, und umgekehrt.

Gleichung für die Rendite

€920 = €80·(1 − (1 + y)⁻⁸)/y + €1 000/(1 + y)⁸

Numerisch lösen

P(9%) = €944,65, P(10%) = €893,30
YTM = 9,471%

Antwort

YTM = 9,471%
7.CAPM & WACC

Antwort: rm = 8,5 %

Kapitalkosten: Das CAPM liefert die Rendite, die Aktionäre fordern: re = rf + β·(rm − rf). Die gewichteten durchschnittlichen Kapitalkosten mischen Eigen- und Fremdkapital nach ihren Marktwerten: WACC = E/V·re + D/V·rd·(1 − T), mit V = E + D. Zinsen sind steuerlich abzugsfähig, daher der Faktor (1 − T).

Marktrisikoprämie

rm − rf = (11,75% − 2%)/1,5 = 6,5%

Marktrendite

rm = 2% + 6,5% = 8,5%

Antwort

rm = 8,5%
8.CAPM & WACC

Antwort: WACC = 5,077 %

Kapitalkosten: Das CAPM liefert die Rendite, die Aktionäre fordern: re = rf + β·(rm − rf). Die gewichteten durchschnittlichen Kapitalkosten mischen Eigen- und Fremdkapital nach ihren Marktwerten: WACC = E/V·re + D/V·rd·(1 − T), mit V = E + D. Zinsen sind steuerlich abzugsfähig, daher der Faktor (1 − T).

Marktwerte

E = 2 500 000·€13,00 = €32 500 000
D = 20 000·€980 = €19 600 000

Eigenkapitalkosten (CAPM)

re = 1,5% + 1,1·4,5% = 6,45%

Gewichte

V = €52 100 000, E/V = 0,6238, D/V = 0,3762

WACC

WACC = 0,6238·6,45% + 0,3762·3,5%·(1 − 0,2) = 5,077%

Antwort

WACC = 5,077%
9.Beschreibende Statistik

Antwort: s = 19,03

Beschreibende Statistik: Der Mittelwert ist die Summe geteilt durch n; der Median ist der mittlere Wert der sortierten Daten (bei geradem n der Mittelwert der beiden mittleren Werte). Die Stichproben-Standardabweichung ist s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Ein z-Wert z = (x − μ)/σ gibt an, wie viele Standardabweichungen ein Wert vom Mittelwert entfernt liegt.

Mittelwert

x̄ = 229/7 = 32,71

Quadrierte Abweichungen

Σ(x − x̄)² = (−17,71)² + 18,29² + 1,286² + (−19,71)² + (−19,71)² + 23,29² + 14,29² = 2173

Standardabweichung

s = √(2173/6) = 19,03

Antwort

s = 19,03
10.Beschreibende Statistik

Antwort: P = 0,8849

Beschreibende Statistik: Der Mittelwert ist die Summe geteilt durch n; der Median ist der mittlere Wert der sortierten Daten (bei geradem n der Mittelwert der beiden mittleren Werte). Die Stichproben-Standardabweichung ist s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Ein z-Wert z = (x − μ)/σ gibt an, wie viele Standardabweichungen ein Wert vom Mittelwert entfernt liegt.

Standardisieren

z = −1,2

Standardnormalverteilungstabelle

Φ(−1,2) = 0,1151
P = 1 − 0,1151 = 0,8849

Antwort

P = 0,8849
11.Wahrscheinlichkeit

Antwort: σ = 11,17

Diskrete Zufallsvariablen: Eine Wahrscheinlichkeitsverteilung listet jeden Wert x, den eine Variable annehmen kann, mit seiner Wahrscheinlichkeit p(x) auf; die Wahrscheinlichkeiten liegen zwischen 0 und 1 und summieren sich zu 1. Der Erwartungswert (Mittelwert) ist E(X) = Σx·p(x), der Durchschnitt auf lange Sicht. Die Varianz ist Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ², und die Standardabweichung ist σ = √Var(X). Für eine lineare Änderung Y = aX + b gilt: E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) und σY = |a|·σX; das Addieren einer Konstanten ändert die Streuung nicht.

Mittelwert

μ = 10·0,3 + 20·0,15 + 30·0,35 + 40·0,2 = 24,5

Mittelwert der Quadrate

E(X²) = 100·0,3 + 400·0,15 + 900·0,35 + 1600·0,2 = 725

Varianz

Var(X) = 725 − 24,5² = 124,8
σ = √124,8 = 11,17

Antwort

σ = 11,17
12.Wahrscheinlichkeit

Antwort: P = 0,02336

Wahrscheinlichkeit: Bei gleich wahrscheinlichen Ergebnissen gilt P(A) = günstige/mögliche. Bei unabhängigen Ereignissen wird multipliziert: P(A und B) = P(A)·P(B). Das Gegenereignis hilft oft: P(mindestens eins) = 1 − P(keins). Binomial: Bei n unabhängigen Versuchen mit Erfolgswahrscheinlichkeit p gilt P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.

Binomialformel

P(X = 3) = 165·0,63·0,48 = 165·0,216·0,0006554 = 0,02336

Antwort

P = 0,02336
13.Normalverteilung

Antwort: z = −1,84

Von einer Fläche zurück zu z: Φ(z) ist die Fläche links von z. Für eine linke Randfläche A suche in der Tabelle z mit Φ(z) = A. Eine rechte Randfläche A bedeutet Φ(z) = 1 − A. Eine zentrale Fläche A zwischen −z und z lässt (1 − A)/2 auf jedem Rand übrig, also Φ(z) = (1 + A)/2. Für einen Wert x verwende x = μ + zσ.

Fläche links von z

Φ(z) = 1 − 0,9671 = 0,0329

Die z-Tabelle rückwärts lesen

Finde 0,0329 in der Tabelle und lies z ab.

z = −1,84

Antwort

z = −1,84
14.Normalverteilung

Antwort: x = 110,1 Punkte

Normalverteilung: Rechne einen Wert x in einen z-Wert um, z = (x − μ)/σ; er gibt an, wie viele Standardabweichungen x vom Mittelwert entfernt liegt. Eine z-Tabelle (oder Φ(z)) liefert die Fläche links von z, also P(X < x). Die Fläche rechts ist 1 − Φ(z), und die Fläche zwischen zwei Werten ist die Differenz ihrer beiden Flächen.

z für das Perzentil

Φ(z) = 0,75 → z = 0,6745

Zurück zu x

x = 100 + 0,6745·15 = 110,12 Punkte

Antwort

x = 110,12 Punkte
15.Konfidenzintervalle

Antwort: untere Grenze = 42,61

Konfidenzintervall für einen Mittelwert: x̄ ± Fehlermarge. Bei bekanntem σ der Grundgesamtheit ist die Fehlermarge z·σ/√n; ist nur die Stichproben-Standardabweichung s bekannt, nimm t mit n − 1 Freiheitsgraden: t·s/√n. Kritische Werte: z = 1,645 (90 %), 1,96 (95 %), 2,576 (99 %). Für eine Fehlermarge von höchstens E brauchst du n ≥ (z·σ/E)², aufgerundet.

Kritischer Wert

df = n − 1 = 5, t = 2,571

Fehlermarge

E = 2,571·18/√6 = 18,89

Intervall

61,5 ± 18,89 → [42,61, 80,39]

Antwort

untere Grenze = 42,61
16.Konfidenzintervalle

Antwort: n = 1844

Konfidenzintervall für einen Mittelwert: x̄ ± Fehlermarge. Bei bekanntem σ der Grundgesamtheit ist die Fehlermarge z·σ/√n; ist nur die Stichproben-Standardabweichung s bekannt, nimm t mit n − 1 Freiheitsgraden: t·s/√n. Kritische Werte: z = 1,645 (90 %), 1,96 (95 %), 2,576 (99 %). Für eine Fehlermarge von höchstens E brauchst du n ≥ (z·σ/E)², aufgerundet.

Nach n auflösen

n = (2,576·25/1,5)² = 1843

Aufrunden

Ein Stichprobenumfang ist eine ganze Zahl, und Abrunden würde die Fehlermarge zu groß machen.

n = 1844

Antwort

n = 1844
17.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: p = 0,007344

Hypothesis test: the test statistic = (estimate − value under H₀)/(standard error under H₀). The p-value is the probability, assuming H₀ is true, of a statistic at least as extreme as the one observed: the area in one tail for a one-sided H₁, twice the tail area for a two-sided H₁. Reject H₀ when p ≤ α.

Teststatistik

SE = σ/√n = 48/√144 = 4
z = (90,24 − 100)/4 = −2,44

Endfläche

Φ(2,44) = 0,9927
1 − Φ(2,44) = 0,0073

p-Wert

p = 0,007344

Antwort

p = 0,007344

p ≤ 0,05, also wird H₀ auf dem 5-%-Niveau verworfen.

18.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: n = 562

Stichprobenumfang für einen Test: Um eine wahre Verschiebung δ mit der Teststärke 1 − β in einem einseitigen z-Test zum Niveau α zu erkennen, muss der Standardfehler δ = (z_α + z_β)·σ/√n erfüllen, also n = ((z_α + z_β)·σ/δ)², aufgerundet.

Nach n auflösen

n = ((1,645 + 1,645)·18/2,5)² = 561,1

Aufrunden

n = 562

Antwort

n = 562
19.Lineare Regression und Korrelation

Antwort: r = 0,9962

Regression nach der Methode der kleinsten Quadrate: Mit den Mittelwerten x̄ und ȳ, Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² und Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) hat die Gerade ŷ = a + b·x die Steigung b = Sxy/Sxx und den Achsenabschnitt a = ȳ − b·x̄; sie geht also immer durch (x̄, ȳ). Der Korrelationskoeffizient nach Pearson r = Sxy/√(Sxx·Syy) liegt zwischen −1 und 1; r² ist der Anteil der Streuung von y, der durch die Gerade erklärt wird.

Zentrierte Summen

Sxy = 966 − 30·136/5 = 150
Sxx = 220 − 30²/5 = 40
Syy = 4266 − 136²/5 = 566,8

Korrelationskoeffizient

r = 150/√(40·566,8) = 0,9962

Antwort

r = 0,9962
20.Lineare Regression und Korrelation

Antwort: x = 2,583

Regression nach der Methode der kleinsten Quadrate: Mit den Mittelwerten x̄ und ȳ, Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² und Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) hat die Gerade ŷ = a + b·x die Steigung b = Sxy/Sxx und den Achsenabschnitt a = ȳ − b·x̄; sie geht also immer durch (x̄, ȳ). Der Korrelationskoeffizient nach Pearson r = Sxy/√(Sxx·Syy) liegt zwischen −1 und 1; r² ist der Anteil der Streuung von y, der durch die Gerade erklärt wird.

Mittelwerte

x̄ = 15/5 = 3
ȳ = 115/5 = 23

Quadrat- und Produktsummen

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −24

Regressionsgerade

b = −24/10 = −2,4
a = 23 − (−2,4)·3 = 30,2
ŷ = 30,2 − 2,4·x

Nach x auflösen

x = (24 − 30,2)/(−2,4) = 2,583

Antwort

x = 2,583

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