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
Jahre0123456PV = ?€40 000

Du brauchst €40 000 in 6 Jahren. Ein Konto bringt 3,6 % pro Jahr bei monatlicher Verzinsung. Wie viel musst du heute einzahlen? Bestimme den Barwert PV.

FV = €40 0003,6% / 12n = 6
PV = €
2.Zeitwert des GeldesSchwer
Monate0123…120€500€500€500FV = ?

Du sparst 10 Jahre lang am Ende jedes Monats €500. Das Konto bringt 3 % pro Jahr bei monatlicher Verzinsung. Wie viel hast du am Ende gespart? Bestimme FV.

A = €5003% / 12N = 120
FV = €
3.Kapitalwert & interner ZinsfußMittel
Jahre012345−60 00019 50019 50019 50019 50019 500

Ein Projekt kostet heute €60 000 und bringt 5 Jahre lang am Ende jedes Jahres €19 500. Die Kapitalkosten betragen 6 %. Nimm an, dass die Zahlungen gleichmäßig über jedes Jahr eingehen. Bestimme die dynamische Amortisationsdauer DPB in Jahren.

r = 6%CF0 = −60 000CF1 = 19 500CF2 = 19 500CF3 = 19 500CF4 = 19 500CF5 = 19 500
DPB = Jahre
4.Kapitalwert & interner ZinsfußSchwer
Jahre0123−10 0003 5004 0007 000

Ein Projekt kostet €10 000 und bringt am Ende der Jahre 1 bis 3 €3 500, €4 000, €7 000. Bestimme seinen internen Zinsfuß IRR in Prozent.

CF0 = −10 000CF1 = 3 500CF2 = 4 000CF3 = 7 000
IRR = %
5.Anleihekurs & RenditeMittel
Halbjahre0123…12€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 6 Jahren fällig. Die Rendite bis zur Fälligkeit beträgt 2,5% pro Jahr. Bestimme den Kurs P der Anleihe.

F = €1 000Kuponsatz = 5%YTM = 2,5%n = 6
P = €
6.Anleihekurs & RenditeSchwer
Jahre0123€1 103€90€90€90 + €1 090

Eine Anleihe mit 10 Jahren Restlaufzeit (Nennwert €1 000, jährlicher Kupon 9%) wird für €1 103 verkauft. Der Emittent kann sie in 3 Jahren zu einem Kündigungskurs von €1 090 kündigen. Bestimme die Rendite bis zur Kündigung YTC in Prozent.

F = €1 000Kuponsatz = 9%P = €1 103Kündigungskurs = €1 090Kündigung in 3 Jahre
YTC = %
7.CAPM & WACCMittel
WACC = ?Eigenkapital€2 000 000re​ = 8%Fremdkapital€3 000 000rd​ = 7%T = 28%

Ein Unternehmen hat Eigenkapital im Wert von €2 000 000 und Fremdkapital im Wert von €3 000 000. Seine Eigenkapitalkosten betragen 8%, seine Fremdkapitalkosten vor Steuern 7% und der Steuersatz 28%. Bestimme den WACC.

E = €2 000 000D = €3 000 000re = 8%rd = 7%T = 28%
WACC = %
8.CAPM & WACCSchwer
WACC = ?Eigenkapital2 000 000 × €47,50β = 1,2rf​ = 2,5%, rm​ = 9%Fremdkapital5 000 × €1 050rd​ = 4%T = 20%

Ein Unternehmen hat 2 000 000 Aktien zu je €47,50 und 5 000 Anleihen mit einem Kurs von je €1 050. Die Fremdkapitalkosten vor Steuern betragen 4% und der Steuersatz 20%. Das Beta der Aktie ist 1,2, der risikofreie Zinssatz 2,5% und die Marktrendite 9%. Bestimme den WACC.

β = 1,2rf = 2,5%rm = 9%rd = 4%T = 20%
WACC = %
9.Beschreibende StatistikMittel
2025303540455055

Bestimme die Stichproben-Standardabweichung s der Daten: 22, 41, 19, 57, 34.

n = 5
s =
10.Beschreibende StatistikSchwer
z −2−1012

Prüfungsergebnisse sind normalverteilt mit Mittelwert 70 und Standardabweichung 15. Bestimme den z-Wert z eines Ergebnisses von 58.

μ = 70σ = 15x = 58
z =
11.WahrscheinlichkeitMittel
n = 13k = 5N = ?

Auf wie viele Arten N kann ein Ausschuss von 5 Personen aus einer Gruppe von 13 gewählt werden? Die Reihenfolge spielt keine Rolle.

n = 13k = 5
N =
12.WahrscheinlichkeitSchwer
n = 7, p = 0,5: P(X = 2) = ?k01234567

Ein Test hat 7 Multiple-Choice-Fragen. Eine Studentin, die rät, beantwortet jede unabhängig mit Wahrscheinlichkeit 0,5 richtig. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit P für genau 2 richtige Antworten?

n = 7p = 0,5k = 2
P =
13.NormalverteilungMittel
−3−2−10123zschattierte Fläche rechts von z = 0,9162

Ziehe z so, dass die schattierte Fläche unter der Standardnormalverteilung rechts von z gleich 0,9162 ist. Bestimme z auf zwei Nachkommastellen.

A = 0,9162
z =
14.NormalverteilungSchwer
235240245250255260265gunten 85%

Die Gewichte von Beuteln sind normalverteilt mit dem Mittelwert 250 g und der Standardabweichung 5 g. Ziehe die Grenze so, dass die schattierten unteren 85 % links davon liegen. Bestimme die Grenze x.

μ = 250 gσ = 5 g85%
x = g
15.KonfidenzintervalleMittel
μ₁ − μ₂0L = ?Ux̄₁ − x̄₂E99%

Die Akkulaufzeit zweier Handymodelle wird verglichen. Modell 1: 100 Handys, Mittelwert 110 h, bekannte Standardabweichung 14 h. Modell 2: 80 Handys, Mittelwert 97 h, bekannte Standardabweichung 12 h. Bestimme die untere Grenze des 99-%-Konfidenzintervalls für μ₁ − μ₂.

n₁ = 100x̄₁ = 110 hσ₁ = 14 hn₂ = 80x̄₂ = 97 hσ₂ = 12 h99%
untere Grenze = h
16.KonfidenzintervalleSchwer
p = 0,5, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0,0290%

Über den Anteil fehlerhafter Produkte ist vorab nichts bekannt. Wie viele Produkte n müssen geprüft werden, damit ein 90-%-Konfidenzintervall für den Anteil eine Fehlermarge von höchstens 0,02 hat?

p = 0,5E = 0,0290%
n =
17.Hypothesentests & KonfidenzintervalleMittel
t −2,06402,064

Eine Stichprobe von 25 Studierenden hat einen mittleren Punktwert von 105,1 und eine Stichproben-Standardabweichung von 15. Bestimme die Teststatistik t für H₀: μ = 100.

μ₀ = 100x̄ = 105,1s = 15n = 25
t =
18.Hypothesentests & KonfidenzintervalleSchwer
−1,961,96z = ?

In einer Studie erholen sich 90 von 300 Patienten unter Behandlung A und 28 von 80 Patienten unter Behandlung B. Bestimme mit dem gepoolten Anteil die Teststatistik z für H₀: p₁ = p₂.

x₁ = 90n₁ = 300x₂ = 28n₂ = 80
z =
19.Lineare Regression und KorrelationMittel
xy255467672882109912109xy5106080100

Die Tabelle enthält 6 Wertepaare von x = Lernstunden und y = Prüfungspunkte. Ihre Summen sind gegeben. Bestimme daraus den Korrelationskoeffizienten nach Pearson r.

n = 6Σx = 42Σy = 484Σx² = 364Σy² = 41104Σxy = 3764
r =
20.Lineare Regression und KorrelationSchwer
xy361466569683789xy4660708090x = 3,5

Die Tabelle enthält 5 Wertepaare von x = Lernstunden und y = Prüfungspunkte. Verwende die Regressionsgerade ŷ = a + b·x nach der Methode der kleinsten Quadrate. Sage ŷ für x = 3,5 voraus.

n = 5x = 3,5
ŷ =

3Lösungen

1.Zeitwert des Geldes

Antwort: PV = 32240 €

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 = 0,036000000000000004/12 = 0,003
N = 12·6 = 72

Barwert

PV = FV/(1 + i)N = 40 000/1,241 = €32 239,84

Antwort

PV = €32 239,84
2.Zeitwert des Geldes

Antwort: FV = 69871 €

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 = 12·10 = 120

Endwert der Einzahlungen

FV = A·((1 + i)N − 1)/i = 500·(1,349 − 1)/0,0025 = €69 870,71

Antwort

FV = €69 870,71

Du hast selbst €60 000 eingezahlt; der Rest sind Zinsen.

3.Kapitalwert & interner Zinsfuß

Antwort: DPB = 3,51 Jahre

Amortisationsdauer: die Zeit, bis die kumulierten Zahlungsüberschüsse die Anfangsinvestition zurückgezahlt haben. Man nimmt an, dass das Geld gleichmäßig über jedes Jahr eingeht, der letzte Teil ist also ein Bruchteil eines Jahres. Die statische Amortisationsdauer vernachlässigt den Zeitwert des Geldes; die dynamische Amortisationsdauer verwendet stattdessen die abgezinsten Zahlungen.

Abgezinste und kumulierte Zahlungen

Jahr 1: 19 500/1,06 = 18 396,23 → Σ = 18 396,23
Jahr 2: 19 500/1,124 = 17 354,93 → Σ = 35 751,16
Jahr 3: 19 500/1,191 = 16 372,58 → Σ = 52 123,73
Jahr 4: 19 500/1,262 = 15 445,83 → Σ = 67 569,56

Bruchteil des letzten Jahres

DPB = 3 + 7 876,27/15 445,83 = 3,51

Antwort

DPB = 3,51 Jahre

Die dynamische Amortisationsdauer ist immer länger als die statische (3,077 Jahre).

4.Kapitalwert & interner Zinsfuß

Antwort: IRR = 18,55 %

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.

Den IRR eingrenzen

Der Kapitalwert sinkt mit steigendem Zins, also liegt der IRR zwischen einem Zinssatz mit positivem und einem mit negativem Kapitalwert.

NPV(15%) = 670,67
NPV(20%) = −254,63

Eingrenzen

Lineare Interpolation liefert eine erste Schätzung; Wiederholen (oder die IRR-Funktion eines Rechners) liefert den genauen Zinssatz.

IRR ≈ 15 + 5·670,67/(670,67 − (−254,63)) = 18,62%
exakt: NPV(18,55%) = 0 → IRR = 18,55%

Antwort

IRR = 18,55%
5.Anleihekurs & Rendite

Antwort: P = 1138 €

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 = 0,0125, N = 12

Barwert der Kupons

€25,00·(1 − 0,8615)/0,0125 = €276,98

Barwert des Nennwerts

€1 000·0,8615 = €861,51

Kurs

P = €1 138,49

Antwort

P = €1 138,49

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

6.Anleihekurs & Rendite

Antwort: YTC = 7,796 %

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

1103 = 90·(1 − (1 + y)−3)/y + 1090/(1 + y)3

Numerisch lösen

y = 7%: €1 125,95
y = 8%: €1 097,22
YTC = 7,796%

Antwort

YTC = 7,796%

Die Rendite bis zur Fälligkeit beträgt 7,499%. Anleger in einer Anleihe über pari rechnen mit einer Kündigung, daher ist die niedrigere Rendite bis zur Kündigung die realistischere.

7.CAPM & WACC

Antwort: WACC = 6,224 %

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 = €5 000 000, E/V = 0,4, D/V = 0,6

WACC

WACC = 0,4·8% + 0,6·7%·(1 − 0,28) = 6,224%

Antwort

WACC = 6,224%
8.CAPM & WACC

Antwort: WACC = 9,928 %

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 = 2 000 000·€47,50 = €95 000 000
D = 5 000·€1 050 = €5 250 000

Eigenkapitalkosten (CAPM)

re = 2,5% + 1,2·6,5% = 10,3%

Gewichte

V = €100 250 000, E/V = 0,9476, D/V = 0,05237

WACC

WACC = 0,9476·10,3% + 0,05237·4%·(1 − 0,2) = 9,928%

Antwort

WACC = 9,928%
9.Beschreibende Statistik

Antwort: s = 15,37

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 = 173/5 = 34,6

Quadrierte Abweichungen

Σ(x − x̄)² = (−12,6)² + 6,4² + (−15,6)² + 22,4² + (−0,6)² = 945,2

Standardabweichung

s = √(945,2/4) = 15,37

Antwort

s = 15,37
10.Beschreibende Statistik

Antwort: z = −0,8

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 = (58 − 70)/15 = −0,8

Antwort

z = −0,8
11.Wahrscheinlichkeit

Antwort: N = 1287

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(13, 5) = (13·12·11·10·9)/(5·4·3·2·1) = 1287

Antwort

N = 1287
12.Wahrscheinlichkeit

Antwort: P = 0,1641

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 = 2) = 21·0,52·0,55 = 21·0,25·0,03125 = 0,1641

Antwort

P = 0,1641
13.Normalverteilung

Antwort: z = −1,38

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 − 0,9162 = 0,0838

Die z-Tabelle rückwärts lesen

Finde 0,0838 in der Tabelle und lies z ab.

z = −1,38

Antwort

z = −1,38
14.Normalverteilung

Antwort: x = 255,2 g

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) = 0,85

z aus der Tabelle

z ≈ 1,04

Zurück zu den ursprünglichen Einheiten

x = 250 + 1,04·5 = 255,2 g

Antwort

x = 255,2 g
15.Konfidenzintervalle

Antwort: untere Grenze = 8,005 h

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.

Punktschätzer

x̄₁ − x̄₂ = 110 − 97 = 13

Standardfehler

SE = √(14²/100 + 12²/80) = 1,939

Fehlermarge

E = 2,576·1,939 = 4,995

Intervall

13 ± 4,995 → [8,005, 18]

Antwort

untere Grenze = 8,005 h

Das Intervall enthält die 0 nicht, die Mittelwerte unterscheiden sich also signifikant.

16.Konfidenzintervalle

Antwort: n = 1692

Confidence interval for a proportion: p̂ ± z·√(p̂(1 − p̂)/n), where p̂ = x/n. To reach a margin E you need n ≥ z²·p(1 − p)/E², rounded up; without a prior estimate use p = 0,5, which gives the largest n.

Nach n auflösen

n = 1,645²·0,5·0,5/0,02² = 1691

Aufrunden

n = 1692

Antwort

n = 1692
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 = 15/√25 = 15/5 = 3

Teststatistik

t = (105,1 − 100)/3 = 1,7

Antwort

t = 1,7
t0,025; df = 24 = 2,064

|t| < 2.064, also wird H₀ auf dem 5-%-Niveau (zweiseitig) nicht verworfen.

18.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: z = −0,8588

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.

Stichprobenanteile

p̂₁ = 90/300 = 0,3
p̂₂ = 28/80 = 0,35
p̂ = 118/380 = 0,3105

Standardfehler unter H₀

SE = √(0,3105·0,6895·(1/300 + 1/80)) = 0,05822

Teststatistik

z = (0,3 − 0,35)/0,05822 = −0,8588

Antwort

z = −0,8588

|z| < 1.96, also wird H₀ auf dem 5-%-Niveau (zweiseitig) nicht verworfen.

19.Lineare Regression und Korrelation

Antwort: r = 0,9898

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 = 3764 − 42·484/6 = 376
Sxx = 364 − 42²/6 = 70
Syy = 41104 − 484²/6 = 2061

Korrelationskoeffizient

r = 376/√(70·2061) = 0,9898

Antwort

r = 0,9898
20.Lineare Regression und Korrelation

Antwort: ŷ = 62,65

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 = 368/5 = 73,6

Quadrat- und Produktsummen

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 73

Regressionsgerade

b = 73/10 = 7,3
a = 73,6 − 7,3·5 = 37,1
ŷ = 37,1 + 7,3·x

Vorhersage

ŷ = 37,1 + 7,3·3,5 = 62,65

Antwort

ŷ = 62,65

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