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
Jahre0123…10€2 000FV = ?

Du legst €2 000 zu einem Nominalzins von 4,8 % pro Jahr mit monatlicher Verzinsung an. Bestimme den Wert FV der Anlage nach 10 Jahren.

PV = €2 0004,8% / 12n = 10
FV = €
2.Zeitwert des GeldesSchwer
Monate0123…216€300€300€300FV = ?

Du sparst 18 Jahre lang am Ende jedes Monats €300. Das Konto bringt 3 % pro Jahr bei monatlicher Verzinsung. Wie viel hast du am Ende gespart? Bestimme FV.

A = €3003% / 12N = 216
FV = €
3.Kapitalwert & interner ZinsfußMittel
Jahre0123−45 00014 00011 00012 000

Eine Investition von €45 000 bringt am Ende der Jahre 1 bis 3 diese Zahlungen: €14 000, €11 000, €12 000. Die Kapitalkosten betragen 12 %. Bestimme den Kapitalwert NPV.

r = 12%CF0 = −45 000CF1 = 14 000CF2 = 11 000CF3 = 12 000
NPV = €
4.Kapitalwert & interner ZinsfußSchwer
Jahre012345−100 00022 000+5%+5%+5%+5%r = 12%, NPV = ?

Ein Projekt kostet heute €100 000. Seine Zahlung beträgt €22 000 am Ende von Jahr 1 und wächst um 5 % pro Jahr bis zur letzten Zahlung am Ende von Jahr 5. Die Kapitalkosten betragen 12 %. Bestimme den Kapitalwert NPV.

C0 = €100 000CF1 = €22 000g = 5%n = 5r = 12%
NPV = €
5.Anleihekurs & RenditeMittel
Halbjahre0123…8€25€25€25 + €1 000P = ?

Eine Anleihe mit einem Nennwert von €1 000 zahlt einen jährlichen Kupon von 5% in zwei halbjährlichen Raten und wird in 4 Jahren fällig. Die Rendite bis zur Fälligkeit beträgt 4% pro Jahr. Bestimme den Kurs P der Anleihe.

F = €1 000Kuponsatz = 5%YTM = 4%n = 4
P = €
6.Anleihekurs & RenditeSchwer

Eine Anleihe notiert bei €985 mit einer Rendite bis zur Fälligkeit von 5% (jährliche Verzinsung) und einer Macaulay-Duration von 8,4 Jahren. Schätze mit der modifizierten Duration den neuen Kurs P, wenn die Rendite um 25 Basispunkte sinkt.

P0 = €985y = 5%D = 8,4Δy = −25 bp
P = €
7.CAPM & WACCMittel
WACC = ?Eigenkapital€3 000 000re​ = 9%Fremdkapital€6 000 000rd​ = 7%T = 20%

Ein Unternehmen hat Eigenkapital im Wert von €3 000 000 und Fremdkapital im Wert von €6 000 000. Seine Eigenkapitalkosten betragen 9%, seine Fremdkapitalkosten vor Steuern 7% und der Steuersatz 20%. Bestimme den WACC.

E = €3 000 000D = €6 000 000re = 9%rd = 7%T = 20%
WACC = %
8.CAPM & WACCSchwer
WACC = ?Eigenkapital2 500 000 × €51,00β = 0,8rf​ = 2%, rm​ = 6%Fremdkapital10 000 × €1 020rd​ = 6%T = 28%

Ein Unternehmen hat 2 500 000 Aktien zu je €51,00 und 10 000 Anleihen mit einem Kurs von je €1 020. Die Fremdkapitalkosten vor Steuern betragen 6% und der Steuersatz 28%. Das Beta der Aktie ist 0,8, der risikofreie Zinssatz 2% und die Marktrendite 6%. Bestimme den WACC.

β = 0,8rf = 2%rm = 6%rd = 6%T = 28%
WACC = %
9.Beschreibende StatistikMittel
1520253035404550

Bestimme die Stichproben-Standardabweichung s der Daten: 39, 52, 31, 29, 47, 16, 12.

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

Eine Größe ist normalverteilt mit Mittelwert 50 und Standardabweichung 20. Welcher Anteil P der Werte liegt unter 58?

μ = 50σ = 20x = 58
P =
11.WahrscheinlichkeitMittel
n = 6k = 3N = ?

Auf wie viele Arten N kann ein Ausschuss von 3 Personen aus einer Gruppe von 6 gewählt werden? Die Reihenfolge spielt keine Rolle.

n = 6k = 3
N =
12.WahrscheinlichkeitSchwer
n = 10, p = 0,6: P(X = 4) = ?k012345678910

Ein Test hat 10 Multiple-Choice-Fragen. Eine Studentin, die rät, beantwortet jede unabhängig mit Wahrscheinlichkeit 0,6 richtig. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit P für genau 4 richtige Antworten?

n = 10p = 0,6k = 4
P =
13.NormalverteilungMittel
4967,5P = ?

Die Prüfungsergebnisse sind normalverteilt mit dem Mittelwert 65 Punkte und der Standardabweichung 10 Punkte. Welcher Anteil liegt zwischen 49 und 67,5 Punkte? Gib P als Dezimalzahl an.

μ = 65σ = 10x1 = 49x2 = 67,5
P =
14.NormalverteilungSchwer
380420460500540580620hoben 20%

Die Lebensdauern von Batterien sind normalverteilt mit dem Mittelwert 500 h und der Standardabweichung 40 h. Ziehe die Grenze so, dass die schattierten oberen 20 % rechts davon liegen. Bestimme die Grenze x.

μ = 500 hσ = 40 h20%
x = h
15.KonfidenzintervalleMittel
n = 7, sd​ = 2,90L = ?Ud̄ = −8,5E90%

Der Blutdruck von 7 Patienten wird vor und nach einer Behandlung gemessen. Die Differenzen d = vorher − nachher (mmHg) haben den Mittelwert −8,5 und die Standardabweichung 2,9. Bestimme die untere Grenze des 90-%-Konfidenzintervalls für die mittlere Differenz.

n = 7d̄ = −8,5sd = 2,990%t(6) = 1,943
untere Grenze = mmHg
16.KonfidenzintervalleSchwer
σ = 27, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 590%

Die Standardabweichung der Grundgesamtheit ist 27. Wie groß muss die Stichprobe n sein, damit ein 90-%-Konfidenzintervall für den Mittelwert eine Fehlermarge von höchstens 5 hat?

σ = 27E = 590%
n =
17.Hypothesentests & KonfidenzintervalleMittel
t −2,0302,03

Eine Stichprobe von 36 Studierenden hat einen mittleren Punktwert von 78,4 und eine Stichproben-Standardabweichung von 12. Bestimme die Teststatistik t für H₀: μ = 75.

μ₀ = 75x̄ = 78,4s = 12n = 36
t =
18.Hypothesentests & KonfidenzintervalleSchwer
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 4α = 0,01βσ = 18, Teststärke 80%, n = ?

Ein einseitiger z-Test bei α = 0,01 soll eine Verschiebung des Mittelwerts um 4 Einheiten mit einer Teststärke von 80 % erkennen. Die Standardabweichung beträgt 18. Bestimme den Mindeststichprobenumfang n.

α = 0,01Teststärke = 80%δ = 4σ = 18zα = 2,326zβ = 0,842
n =
19.Lineare Regression und KorrelationMittel
xy150259361467572674xy246506070

Die Tabelle enthält 6 Wertepaare von x = Lernstunden und y = Prüfungspunkte. Bestimme das Bestimmtheitsmaß r² der Regressionsgeraden.

n = 6
r² =
20.Lineare Regression und KorrelationSchwer
xy133337544751955xy54050ŷ = 41

Die Tabelle enthält 5 Wertepaare von x = Werbeausgaben in k€ und y = Umsatz in k€. Verwende die Regressionsgerade ŷ = a + b·x nach der Methode der kleinsten Quadrate. Für welchen Wert x sagt die Gerade ŷ = 41 voraus?

n = 5ŷ = 41
x =

3Lösungen

1.Zeitwert des Geldes

Antwort: FV = 3229 €

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 und Anzahl der Perioden

i = r/m = 0,048/12 = 0,004
N = m·n = 12·10 = 120

Endwert

FV = 2 000·(1 + 0,004)120 = 2 000·1,615 = €3 229,06

Antwort

FV = €3 229,06
2.Zeitwert des Geldes

Antwort: FV = 85782 €

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 = 0,03/12 = 0,0025
N = 12·18 = 216

Endwert der Einzahlungen

FV = A·((1 + i)N − 1)/i = 300·(1,715 − 1)/0,0025 = €85 782,10

Antwort

FV = €85 782,10

Du hast selbst €64 800 eingezahlt; der Rest sind Zinsen.

3.Kapitalwert & interner Zinsfuß

Antwort: NPV = −15190 €

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.

Barwert jeder Zahlung

CF0 = −45 000
CF1/(1 + 0,12)1 = 14 000/1,12 = 12 500,00
CF2/(1 + 0,12)2 = 11 000/1,254 = 8 769,13
CF3/(1 + 0,12)3 = 12 000/1,405 = 8 541,36

Addieren

NPV = €−15 189,50

Antwort

NPV = €−15 189,50

Der Kapitalwert ist negativ, das Projekt verdient also weniger als die geforderte Rendite.

4.Kapitalwert & interner Zinsfuß

Antwort: NPV = −13319 €

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.

Barwert der wachsenden Rente

((1,05)/(1,12))5 = 0,7242
PV = 22 000/(0,12 − 0,05)·(1 − 0,7242) = 86 681,12

NPV

NPV = 86 681,12 − 100 000 = −€13 318,88

Antwort

NPV = −€13 318,88

Der Kapitalwert ist negativ, das Projekt verdient also weniger als die geforderte Rendite.

5.Anleihekurs & Rendite

Antwort: P = 1037 €

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.

Pro Periode

C = €25,00, i = 0,02, N = 8

Barwert der Kupons

€25,00·(1 − 0,8535)/0,02 = €183,14

Barwert des Nennwerts

€1 000·0,8535 = €853,49

Kurs

P = €1 036,63

Antwort

P = €1 036,63

Die Rendite liegt unter dem Kuponsatz, also notiert die Anleihe über pari.

6.Anleihekurs & Rendite

Antwort: P = 1005 €

Duration: Die Macaulay-Duration ist der gewichtete mittlere Zeitpunkt, zu dem eine Anleihe ihre Zahlungen leistet, mit den Barwerten der Zahlungen als Gewichten: D = Σ t·PVₜ/P. Die modifizierte Duration D/(1 + y) schätzt die prozentuale Kursänderung bei einer kleinen Renditeänderung: %ΔP ≈ −Dmod·Δy.

Modifizierte Duration

Dmod = 8,4/1,05 = 8

Geschätzte Kursänderung

%ΔP ≈ −8·(−0,0025) = 2%
P ≈ 985·(1 + 0,02) = €1 004,70

Antwort

P = €1 004,70

Die Duration ist eine lineare Schätzung; bei großen Renditeänderungen macht die Konvexität den tatsächlichen Kurs etwas höher.

7.CAPM & WACC

Antwort: WACC = 6,733 %

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).

Gewichte

V = €9 000 000, E/V = 0,3333, D/V = 0,6667

WACC

WACC = 0,3333·9% + 0,6667·7%·(1 − 0,2) = 6,733%

Antwort

WACC = 6,733%
8.CAPM & WACC

Antwort: WACC = 5,135 %

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·€51,00 = €127 500 000
D = 10 000·€1 020 = €10 200 000

Eigenkapitalkosten (CAPM)

re = 2% + 0,8·4% = 5,2%

Gewichte

V = €137 700 000, E/V = 0,9259, D/V = 0,07407

WACC

WACC = 0,9259·5,2% + 0,07407·6%·(1 − 0,28) = 5,135%

Antwort

WACC = 5,135%
9.Beschreibende Statistik

Antwort: s = 14,94

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 = 226/7 = 32,29

Quadrierte Abweichungen

Σ(x − x̄)² = 6,714² + 19,71² + (−1,286)² + (−3,286)² + 14,71² + (−16,29)² + (−20,29)² = 1339

Standardabweichung

s = √(1339/6) = 14,94

Antwort

s = 14,94
10.Beschreibende Statistik

Antwort: P = 0,6554

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 = 0,4

Standardnormalverteilungstabelle

Φ(0,4) = 0,6554
P = 0,6554

Antwort

P = 0,6554
11.Wahrscheinlichkeit

Antwort: N = 20

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.

Kombinationen

C(6, 3) = (6·5·4)/(3·2·1) = 20

Antwort

N = 20
12.Wahrscheinlichkeit

Antwort: P = 0,1115

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 = 4) = 210·0,64·0,46 = 210·0,1296·0,004096 = 0,1115

Antwort

P = 0,1115
13.Normalverteilung

Antwort: P = 0,5439

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-Werte

z₁ = (49 − 65)/10 = −1,6
z₂ = (67,5 − 65)/10 = 0,25

Fläche dazwischen

P = Φ(0,25) − Φ(−1,6) = 0,5987 − 0,0548 = 0,5439

Antwort

P = 0,5439
14.Normalverteilung

Antwort: x = 534 h

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

Φ(z) = 0,8

z aus der Tabelle

z ≈ 0,84

Zurück zu den ursprünglichen Einheiten

x = 500 + 0,84·40 = 534 h

Antwort

x = 534 h
15.Konfidenzintervalle

Antwort: untere Grenze = −10,63 mmHg

Interval for a difference: estimate ± critical value × standard error. For two independent means with known σ: SE = √(σ₁²/n₁ + σ₂²/n₂) and z. With equal unknown variances: pooled s_p and t with n₁ + n₂ − 2 degrees of freedom. For paired data, work with the differences: d̄ ± t·s_d/√n.

Kritischer Wert

df = 6, t = 1,943

Fehlermarge

E = 1,943·2,9/√7 = 2,13

Intervall

−8,5 ± 2,13 → [−10,63, −6,37]

Antwort

untere Grenze = −10,63 mmHg
16.Konfidenzintervalle

Antwort: n = 79

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 = (1,645·27/5)² = 78,91

Aufrunden

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

n = 79

Antwort

n = 79
17.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: t = 1,7

Test eines Mittelwerts: Die Teststatistik misst, wie viele Standardfehler der Stichprobenmittelwert vom in H₀ behaupteten Wert entfernt liegt: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n), wenn σ bekannt ist, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n), wenn es aus der Stichprobe geschätzt wird. Ein Konfidenzintervall ist x̄ ± (kritischer Wert)·(Standardfehler).

Standardfehler

SE = 12/√36 = 12/6 = 2

Teststatistik

t = (78,4 − 75)/2 = 1,7

Antwort

t = 1,7
t0,025; df = 35 = 2,03

|t| < 2.03, also wird H₀ auf dem 5-%-Niveau (zweiseitig) nicht verworfen.

18.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: n = 204

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 = ((2,326 + 0,842)·18/4)² = 203,2

Aufrunden

n = 204

Antwort

n = 204
19.Lineare Regression und Korrelation

Antwort: r² = 0,9655

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 = 21/6 = 3,5
ȳ = 383/6 = 63,83

Quadrat- und Produktsummen

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 82,5
Syy = Σ(y − ȳ)² = 402,8

Bestimmtheitsmaß

r² = 82,5²/(17,5·402,8) = 0,9655

Antwort

r² = 0,9655

Etwa 96,55 % der Streuung von y werden durch die Gerade erklärt.

20.Lineare Regression und Korrelation

Antwort: x = 3,966

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 = 25/5 = 5
ȳ = 220/5 = 44

Quadrat- und Produktsummen

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 116

Regressionsgerade

b = 116/40 = 2,9
a = 44 − 2,9·5 = 29,5
ŷ = 29,5 + 2,9·x

Nach x auflösen

x = (41 − 29,5)/2,9 = 3,966

Antwort

x = 3,966

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