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…8PV = ?€15 000

Du brauchst €15 000 in 8 Jahren. Ein Konto bringt 6 % pro Jahr bei vierteljährlicher Verzinsung. Wie viel musst du heute einzahlen? Bestimme den Barwert PV.

FV = €15 0006% / 4n = 8
PV = €
2.Zeitwert des GeldesSchwer
Monate0123…240€250 000A?AAA

Ein Darlehen von €250 000 wird über 20 Jahre in gleichen Monatsraten zurückgezahlt. Der Zinssatz beträgt 2,4 % pro Jahr bei monatlicher Verzinsung. Bestimme die Monatsrate A.

P = €250 0002,4% / 12N = 240
A = €
3.Kapitalwert & interner ZinsfußMittel
Jahre01234−60 00016 00017 50025 00020 000

Ein Projekt kostet heute €60 000 und bringt am Ende der Jahre 1 bis 4 jeweils €16 000, €17 500, €25 000, €20 000. Die Kapitalkosten betragen 8 %. Nimm an, dass die Zahlungen gleichmäßig über jedes Jahr eingehen. Bestimme die dynamische Amortisationsdauer DPB in Jahren.

r = 8%CF0 = −60 000CF1 = 16 000CF2 = 17 500CF3 = 25 000CF4 = 20 000
DPB = Jahre
4.Kapitalwert & interner ZinsfußSchwer
Jahre012−10 0006 5006 500

Ein Projekt kostet €10 000 und bringt am Ende der Jahre 1 bis 2 €6 500, €6 500. Bestimme seinen internen Zinsfuß IRR in Prozent.

CF0 = −10 000CF1 = 6 500CF2 = 6 500
IRR = %
5.Anleihekurs & RenditeMittel
Halbjahre0123…24€20€20€20 + €1 000P = ?

Eine Anleihe mit einem Nennwert von €1 000 zahlt einen jährlichen Kupon von 4% in zwei halbjährlichen Raten und wird in 12 Jahren fällig. Die Rendite bis zur Fälligkeit beträgt 9% pro Jahr. Bestimme den Kurs P der Anleihe.

F = €1 000Kuponsatz = 4%YTM = 9%n = 12
P = €
6.Anleihekurs & RenditeSchwer
Halbjahre0123…12€795€22,50€22,50€22,50 + €1 000

Eine Anleihe mit einem Nennwert von €1 000 zahlt einen jährlichen Kupon von 4,5% in zwei Halbjahresraten und wird in 6 Jahren fällig. Sie wird für €795 verkauft. Bestimme ihre Rendite bis zur Fälligkeit YTM als Jahreszins (das Doppelte der Halbjahresrendite) in Prozent.

F = €1 000Kuponsatz = 4,5% (2×)n = 6P = €795
YTM = %
7.CAPM & WACCMittel
WACC = ?EigenkapitalEre​ = 8%FremdkapitalD = 0,4·Erd​ = 6%T = 25,8%

Ein Unternehmen hat einen Verschuldungsgrad (zu Marktwerten) von D/E = 0,4. Seine Eigenkapitalkosten betragen 8%, seine Fremdkapitalkosten vor Steuern 6% und der Steuersatz 25,8%. Bestimme den WACC.

D/E = 0,4re = 8%rd = 6%T = 25,8%
WACC = %
8.CAPM & WACCSchwer
WACC = ?Eigenkapital4 000 000 × €12,50D0​ = €0,70g = 4%Fremdkapital€15 000 000rd​ = 6%T = 28%

Ein Unternehmen hat 4 000 000 Aktien mit einem Kurs von €12,50; der Buchwert seines Eigenkapitals beträgt €30 000 000. Es hat gerade eine Dividende von €0,70 pro Aktie gezahlt, und die Dividenden wachsen um 4% pro Jahr. Sein Fremdkapital hat einen Marktwert von €15 000 000 und Kosten vor Steuern von 6%. Der Steuersatz beträgt 28%. Bestimme den WACC, mit dem Dividendenwachstumsmodell für die Eigenkapitalkosten.

N = 4 000 000P0 = €12,50Buchwert des Eigenkapitals = €30 000 000D0 = €0,70g = 4%D = €15 000 000rd = 6%T = 28%
WACC = %
9.Beschreibende StatistikMittel
2025303540

Bestimme die Stichproben-Standardabweichung s der Daten: 43, 28, 44, 24, 20, 44.

n = 6
s =
10.Beschreibende StatistikSchwer
z −2−1012

Prüfungsergebnisse sind normalverteilt mit Mittelwert 70 und Standardabweichung 12. Bestimme den z-Wert z eines Ergebnisses von 52.

μ = 70σ = 12x = 52
z =
11.WahrscheinlichkeitMittel
xp(x)00,310,1520,230,35μ = 1,6

Bestimme für die gezeigte Verteilung die Standardabweichung σ von X.

x: 0, 1, 2, 3p(x): 0,3, 0,15, 0,2, 0,35
σ =
12.WahrscheinlichkeitSchwer
n = 7, p = 0,6: P(X = 5) = ?k01234567

Ein Test hat 7 Multiple-Choice-Fragen. Eine Studentin, die rät, beantwortet jede unabhängig mit Wahrscheinlichkeit 0,6 richtig. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit P für genau 5 richtige Antworten?

n = 7p = 0,6k = 5
P =
13.NormalverteilungMittel
−3−2−10123zschattierte Fläche zwischen −z und z = 0,7699

Ziehe z so, dass die schattierte Fläche zwischen −z und z unter der Standardnormalverteilung gleich 0,7699 ist. Bestimme z auf zwei Nachkommastellen.

A = 0,7699
z =
14.NormalverteilungSchwer
557085100115130145Punkteoben 30%

Die IQ-Werte sind normalverteilt mit dem Mittelwert 100 Punkte und der Standardabweichung 15 Punkte. Ziehe die Grenze so, dass die schattierten oberen 30 % rechts davon liegen. Bestimme die Grenze x.

μ = 100 Punkteσ = 15 Punkte30%
x = Punkte
15.KonfidenzintervalleMittel
n = 13, sd​ = 5,20LU = ?d̄ = 7,9E99%

Der Blutdruck von 13 Patienten wird vor und nach einer Behandlung gemessen. Die Differenzen d = vorher − nachher (mmHg) haben den Mittelwert 7,9 und die Standardabweichung 5,2. Bestimme die obere Grenze des 99-%-Konfidenzintervalls für die mittlere Differenz.

n = 13d̄ = 7,9sd = 5,299%t(12) = 3,055
obere Grenze = mmHg
16.KonfidenzintervalleSchwer
μ₁ − μ₂, t(19) = 2,8610L = ?Ux̄₁ − x̄₂E99%

Zwei Dünger werden getestet. Parzellengruppe 1: 13 Parzellen, mittlerer Ertrag 17,5 kg, Standardabweichung 8,5 kg. Parzellengruppe 2: 8 Parzellen, Mittelwert 14,5 kg, Standardabweichung 6 kg. Nimm gleiche Varianzen an (gepoolter t-Test, df = n₁ + n₂ − 2). Bestimme die untere Grenze des 99-%-Konfidenzintervalls für μ₁ − μ₂.

n₁ = 13x̄₁ = 17,5s₁ = 8,5n₂ = 8x̄₂ = 14,5s₂ = 699%t(19) = 2,861
untere Grenze = kg
17.Hypothesentests & KonfidenzintervalleMittel
t −1,99801,998

Eine Stichprobe von 64 Studierenden hat einen mittleren Punktwert von 99,13 und eine Stichproben-Standardabweichung von 5. Bestimme die Teststatistik t für H₀: μ = 100.

μ₀ = 100x̄ = 99,13s = 5n = 64
t =
18.Hypothesentests & KonfidenzintervalleSchwer
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 5α = 0,01βσ = 26, Teststärke 95%, n = ?

Ein einseitiger z-Test bei α = 0,01 soll eine Verschiebung des Mittelwerts um 5 Einheiten mit einer Teststärke von 95 % erkennen. Die Standardabweichung beträgt 26. Bestimme den Mindeststichprobenumfang n.

α = 0,01Teststärke = 95%δ = 5σ = 26zα = 2,326zβ = 1,645
n =
19.Lineare Regression und KorrelationMittel
xy17962011423136261572918132188xy202530100150

Die Tabelle enthält 6 Wertepaare von x = Temperatur in °C und y = verkaufte Eiskugeln. Ihre Summen sind gegeben. Bestimme daraus den Korrelationskoeffizienten nach Pearson r.

n = 6Σx = 147Σy = 872Σx² = 3759Σy² = 133462Σxy = 22387
r =
20.Lineare Regression und KorrelationSchwer
xy130232345441551xy24304050ŷ = 47

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 = 47 voraus?

n = 5ŷ = 47
x =

3Lösungen

1.Zeitwert des Geldes

Antwort: PV = 9315 €

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 = 0,06/4 = 0,015
N = 4·8 = 32

Barwert

PV = FV/(1 + i)N = 15 000/1,61 = €9 314,89

Antwort

PV = €9 314,89
2.Zeitwert des Geldes

Antwort: A = 1313 €

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 Raten

i = 0,024/12 = 0,002
N = 12·20 = 240

Rate

Der Barwert von N gleichen Raten A ist A·(1 − (1 + i)⁻ᴺ)/i. Setze ihn gleich dem Darlehen und löse nach A auf.

(1 + i)−N = 0,6191
A = 250 000·0,002/(1 − 0,6191) = €1 312,61

Antwort

A = €1 312,61
3.Kapitalwert & interner Zinsfuß

Antwort: DPB = 3,703 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: 16 000/1,08 = 14 814,81 → Σ = 14 814,81
Jahr 2: 17 500/1,166 = 15 003,43 → Σ = 29 818,24
Jahr 3: 25 000/1,26 = 19 845,81 → Σ = 49 664,05
Jahr 4: 20 000/1,36 = 14 700,60 → Σ = 64 364,65

Bruchteil des letzten Jahres

DPB = 3 + 10 335,95/14 700,60 = 3,703

Antwort

DPB = 3,703 Jahre

Die dynamische Amortisationsdauer ist immer länger als die statische (3,075 Jahre).

4.Kapitalwert & interner Zinsfuß

Antwort: IRR = 19,43 %

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%) = 567,11
NPV(20%) = −69,44

Eingrenzen

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

IRR ≈ 15 + 5·567,11/(567,11 − (−69,44)) = 19,45%
exakt: NPV(19,43%) = 0 → IRR = 19,43%

Antwort

IRR = 19,43%
5.Anleihekurs & Rendite

Antwort: P = 637,6 €

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 = €20,00, i = 0,045, N = 24

Barwert der Kupons

€20,00·(1 − 0,3477)/0,045 = €289,91

Barwert des Nennwerts

€1 000·0,3477 = €347,70

Kurs

P = €637,61

Antwort

P = €637,61

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

6.Anleihekurs & Rendite

Antwort: YTM = 8,996 %

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 = €22,50, N = 12

Numerisch lösen

i = 4,498% pro Halbjahr

YTM

YTM = 2·4,498% = 8,996%

Antwort

YTM = 8,996%
7.CAPM & WACC

Antwort: WACC = 6,986 %

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 aus D/E

E/V = 1/(1 + 0,4) = 0,7143
D/V = 0,4/(1 + 0,4) = 0,2857

WACC

WACC = 0,7143·8% + 0,2857·6%·(1 − 0,258) = 6,986%

Antwort

WACC = 6,986%
8.CAPM & WACC

Antwort: WACC = 8,554 %

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).

Eigenkapitalkosten

D1 = 0,7·1,04 = €0,73
re = 0,728/12,5 + 0,04 = 9,824%

Marktwerte

E = 4 000 000·€12,50 = €50 000 000
V = €65 000 000, E/V = 0,7692, D/V = 0,2308

WACC

WACC = 0,7692·9,824% + 0,2308·6%·(1 − 0,28) = 8,554%

Antwort

WACC = 8,554%
9.Beschreibende Statistik

Antwort: s = 11,07

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 = 203/6 = 33,83

Quadrierte Abweichungen

Σ(x − x̄)² = 9,167² + (−5,833)² + 10,17² + (−9,833)² + (−13,83)² + 10,17² = 612,8

Standardabweichung

s = √(612,8/5) = 11,07

Antwort

s = 11,07
10.Beschreibende Statistik

Antwort: z = −1,5

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 = (52 − 70)/12 = −1,5

Antwort

z = −1,5
11.Wahrscheinlichkeit

Antwort: σ = 1,241

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 = 0·0,3 + 1·0,15 + 2·0,2 + 3·0,35 = 1,6

Mittelwert der Quadrate

E(X²) = 0·0,3 + 1·0,15 + 4·0,2 + 9·0,35 = 4,1

Varianz

Var(X) = 4,1 − 1,6² = 1,54
σ = √1,54 = 1,241

Antwort

σ = 1,241
12.Wahrscheinlichkeit

Antwort: P = 0,2613

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 = 5) = 21·0,65·0,42 = 21·0,07776·0,16 = 0,2613

Antwort

P = 0,2613
13.Normalverteilung

Antwort: z = 1,2

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 + 0,7699)/2 = 0,8849

Die z-Tabelle rückwärts lesen

Finde 0,8849 in der Tabelle und lies z ab.

z = 1,20

Antwort

z = 1,20
14.Normalverteilung

Antwort: x = 107,8 Punkte

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) = 0,7

z aus der Tabelle

z ≈ 0,52

Zurück zu den ursprünglichen Einheiten

x = 100 + 0,52·15 = 107,8 Punkte

Antwort

x = 107,8 Punkte
15.Konfidenzintervalle

Antwort: obere Grenze = 12,31 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 = 12, t = 3,055

Fehlermarge

E = 3,055·5,2/√13 = 4,406

Intervall

7,9 ± 4,406 → [3,494, 12,31]

Antwort

obere Grenze = 12,31 mmHg
16.Konfidenzintervalle

Antwort: untere Grenze = −6,866 kg

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.

Gepoolte Standardabweichung

sp² = (12·8,5² + 7·6²)/19 = 58,89
sp = 7,674

Fehlermarge

E = 2,861·7,674·√(1/13 + 1/8) = 9,866

Intervall

3 ± 9,866 → [−6,866, 12,87]

Antwort

untere Grenze = −6,866 kg
17.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: t = −1,392

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 = 5/√64 = 5/8 = 0,625

Teststatistik

t = (99,13 − 100)/0,625 = −1,392

Antwort

t = −1,392
t0,025; df = 63 = 1,998

|t| < 1.998, also wird H₀ auf dem 5-%-Niveau (zweiseitig) nicht verworfen.

18.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: n = 427

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 + 1,645)·26/5)² = 426,4

Aufrunden

n = 427

Antwort

n = 427
19.Lineare Regression und Korrelation

Antwort: r = 0,9935

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 = 22387 − 147·872/6 = 1023
Sxx = 3759 − 147²/6 = 157,5
Syy = 133462 − 872²/6 = 6731

Korrelationskoeffizient

r = 1023/√(157,5·6731) = 0,9935

Antwort

r = 0,9935
20.Lineare Regression und Korrelation

Antwort: x = 4,412

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 = 199/5 = 39,8

Quadrat- und Produktsummen

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 51

Regressionsgerade

b = 51/10 = 5,1
a = 39,8 − 5,1·3 = 24,5
ŷ = 24,5 + 5,1·x

Nach x auflösen

x = (47 − 24,5)/5,1 = 4,412

Antwort

x = 4,412

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