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…9PV = ?€2 000+1%+1%…r = 7%

Eine Immobilie soll im nächsten Jahr eine Nettomiete von €2 000 erzielen. Die Miete soll für immer um 1 % pro Jahr wachsen. Die geforderte Rendite beträgt 7 % pro Jahr. Bestimme den heutigen Wert PV der Immobilie.

C1 = €2 000g = 1%r = 7%
PV = €
2.Zeitwert des GeldesSchwer
Monate0123…228€100€100€100FV = ?

Du sparst 19 Jahre lang am Ende jedes Monats €100. Das Konto bringt 6 % pro Jahr bei monatlicher Verzinsung. Wie viel hast du am Ende gespart? Bestimme FV.

A = €1006% / 12N = 228
FV = €
3.Kapitalwert & interner ZinsfußMittel
Jahre0123…9−250 00020 000+4%+4%…r = 10%, NPV = ?

Ein Projekt kostet heute €250 000. Es erwirtschaftet am Ende des ersten Jahres €20 000, danach wächst der Zahlungsüberschuss für immer um 4 % pro Jahr. Die Kapitalkosten betragen 10 %. Bestimme den Kapitalwert NPV.

C0 = €250 000CF1 = €20 000g = 4%r = 10%
NPV = €
4.Kapitalwert & interner ZinsfußSchwer
Jahre012−20 00010 00012 500

Ein Projekt kostet €20 000 und bringt am Ende der Jahre 1 bis 2 €10 000, €12 500. Bestimme seinen internen Zinsfuß IRR in Prozent.

CF0 = −20 000CF1 = 10 000CF2 = 12 500
IRR = %
5.Anleihekurs & RenditeMittel
Halbjahre0123…8€30€30€30 + €1 000P = ?

Eine Anleihe mit einem Nennwert von €1 000 zahlt einen jährlichen Kupon von 6% 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 = 6%YTM = 4%n = 4
P = €
6.Anleihekurs & RenditeSchwer
Jahre0123456P€60€60€60 + €1 000

Eine Anleihe mit einem Nennwert von €1 000 zahlt einen jährlichen Kupon von 6% und wird in 6 Jahren fällig. Die Rendite bis zur Fälligkeit beträgt 2,5%. Bestimme die Macaulay-Duration D in Jahren.

F = €1 000Kuponsatz = 6%n = 6YTM = 2,5%
D = Jahre
7.CAPM & WACCMittel
βr (%)SMLrf​ = 4%β = 1rm​ = ?β = 2re​ = 12%

Eine Aktie mit einem Beta von 2 hat eine geforderte Rendite von 12%. Der risikolose Zinssatz beträgt 4%. Welche erwartete Marktrendite rm folgt aus dem CAPM?

β = 2re = 12%rf = 4%
rm = %
8.CAPM & WACCSchwer
rf​ = 2%, rm​ − rf​ = 5%keine SchuldenEigenkapitalβU​ = 1,2D/E = 0,4Eigenkapitalre​ = ?FremdkapitalT = 21%

Das Geschäft eines Unternehmens hat ein unverschuldetes Beta (Asset-Beta) von 1,2. Es plant einen Verschuldungsgrad D/E von 0,4. Der Steuersatz beträgt 21%, der risikolose Zinssatz 2% und die Marktrisikoprämie 5%. Bestimme die Eigenkapitalkosten re bei der neuen Kapitalstruktur.

βU = 1,2D/E = 0,4T = 21%rf = 2%rm − rf = 5%
re = %
9.Beschreibende StatistikMittel
1520253035404550

Bestimme die Stichproben-Standardabweichung s der Daten: 12, 38, 52, 14, 18, 14.

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

Eine Größe ist normalverteilt mit Mittelwert 60 und Standardabweichung 5. Welcher Anteil P der Werte liegt über 52,5?

μ = 60σ = 5x = 52,5
P =
11.WahrscheinlichkeitMittel
P(mindestens eine Sechs) = ??1?2?3?4P(Sechs) = 1/6 bei jedem Wurf

Ein fairer Würfel wird 4-mal geworfen. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit P, mindestens eine Sechs zu würfeln?

n = 4
P =
12.WahrscheinlichkeitSchwer
n = 6, p = 0,25: P(X ≤ 1) = ?k0123456

6 Bauteile werden geprüft, und jedes fällt unabhängig mit Wahrscheinlichkeit 0,25 aus. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit P, dass höchstens eines ausfällt?

n = 6p = 0,25
P =
13.NormalverteilungMittel
242256,25P = ?

Die Gewichte von Beuteln sind normalverteilt mit dem Mittelwert 250 g und der Standardabweichung 5 g. Welcher Anteil liegt zwischen 242 und 256,25 g? Gib P als Dezimalzahl an.

μ = 250σ = 5x1 = 242x2 = 256,25
P =
14.NormalverteilungSchwer
μ = 250x = ?5%

Die Gewichte von Beuteln sind normalverteilt mit dem Mittelwert 250 g und der Standardabweichung 5 g. Bestimme den Wert x, unter dem 5 % von ihnen liegen (das 5. Perzentil).

μ = 250σ = 5P = 5%
x = g
15.KonfidenzintervalleMittel
n = 21, s = 5,5LUx̄ = 109,5E = ?99%

Eine Stichprobe von 21 Elementen hat den Mittelwert 109,5 und die Standardabweichung s = 5,5. Die Grundgesamtheit ist annähernd normalverteilt. Bestimme die Fehlermarge E eines 99-%-Konfidenzintervalls für den Mittelwert.

n = 21x̄ = 109,5s = 5,599%t(20) = 2,845
E =
16.KonfidenzintervalleSchwer
σ = 30, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 390%

Die Standardabweichung der Grundgesamtheit ist 30. Wie groß muss die Stichprobe n sein, damit ein 90-%-Konfidenzintervall für den Mittelwert eine Fehlermarge von höchstens 3 hat?

σ = 30E = 390%
n =
17.Hypothesentests & KonfidenzintervalleMittel
t −1,9901,99

Eine Stichprobe von 81 Studierenden hat einen mittleren Punktwert von 121,5 und eine Stichproben-Standardabweichung von 8. Bestimme die Teststatistik t für H₀: μ = 120.

μ₀ = 120x̄ = 121,5s = 8n = 81
t =
18.Hypothesentests & KonfidenzintervalleSchwer
z −1,9601,96

Eine Stichprobe von 100 Messungen hat den Mittelwert 500,2. Die Standardabweichung der Grundgesamtheit ist 8. Bestimme die untere Grenze L des 95-%-Konfidenzintervalls für den Mittelwert.

x̄ = 500,2σ = 8n = 10095%
L =
19.Lineare Regression und KorrelationMittel
xy1778209623117261312914832153xy202530100150

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 = 723Σx² = 3759Σy² = 91463Σxy = 18531
r =
20.Lineare Regression und KorrelationSchwer
xy175819522167238125782792xy20256080x = 26

Die Tabelle enthält 6 Wertepaare von x = Temperatur in °C und y = verkaufte Eiskugeln. Verwende die Regressionsgerade ŷ = a + b·x nach der Methode der kleinsten Quadrate. Eine neue Beobachtung (26, 90) wird gemacht. Bestimme ihr Residuum e = y − ŷ.

n = 6(26, 90)
e =

3Lösungen

1.Zeitwert des Geldes

Antwort: PV = 33333 €

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.

Wachsende ewige Rente

PV = C1/(r − g) = 2 000/(0,07 − 0,01) = 2 000/0,06 = €33 333,33

Antwort

PV = €33 333,33
2.Zeitwert des Geldes

Antwort: FV = 42358 €

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 = 0,06/12 = 0,005
N = 12·19 = 228

Endwert der Einzahlungen

FV = A·((1 + i)N − 1)/i = 100·(3,118 − 1)/0,005 = €42 357,99

Antwort

FV = €42 357,99

Du hast selbst €22 800 eingezahlt; der Rest sind Zinsen.

3.Kapitalwert & interner Zinsfuß

Antwort: NPV = 83333 €

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 = 20 000/(0,1 − 0,04) = 333 333,33

NPV

NPV = 333 333,33 − 250 000 = €83 333,33

Antwort

NPV = €83 333,33

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

4.Kapitalwert & interner Zinsfuß

Antwort: IRR = 7,916 %

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(5%) = 861,68
NPV(10%) = −578,51

Eingrenzen

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

IRR ≈ 5 + 5·861,68/(861,68 − (−578,51)) = 7,992%
exakt: NPV(7,916%) = 0 → IRR = 7,916%

Antwort

IRR = 7,916%
5.Anleihekurs & Rendite

Antwort: P = 1073 €

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 = €30,00, i = 0,02, N = 8

Barwert der Kupons

€30,00·(1 − 0,8535)/0,02 = €219,76

Barwert des Nennwerts

€1 000·0,8535 = €853,49

Kurs

P = €1 073,25

Antwort

P = €1 073,25

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

6.Anleihekurs & Rendite

Antwort: D = 5,287 Jahre

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.

Barwert jeder Zahlung

t = 1: 60/1,025 = 58,54, t·PV = 58,54
t = 2: 60/1,051 = 57,11, t·PV = 114,22
t = 3: 60/1,077 = 55,72, t·PV = 167,15
t = 4: 60/1,104 = 54,36, t·PV = 217,43
t = 5: 60/1,131 = 53,03, t·PV = 265,16
t = 6: 1060/1,16 = 914,03, t·PV = 5 484,21

Duration

P = 1 192,78
D = 6 306,69/1 192,78 = 5,287

Antwort

D = 5,287 Jahre
7.CAPM & WACC

Antwort: rm = 8 %

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 = (12% − 4%)/2 = 4%

Marktrendite

rm = 4% + 4% = 8%

Antwort

rm = 8%
8.CAPM & WACC

Antwort: re = 9,896 %

Levered Beta (Hamada): Fremdkapital macht das Eigenkapital riskanter. βL = βU·(1 + (1 − T)·D/E), wobei βU das Beta des Geschäfts ohne Fremdkapital ist. Um ein Beta auf eine andere Kapitalstruktur zu übertragen, entschulde es zuerst und verschulde es dann beim neuen D/E wieder.

Verschuldetes Beta

βL = 1,2·(1 + 0,79·0,4) = 1,579

Eigenkapitalkosten (CAPM)

re = 2% + 1,579·5% = 9,896%

Antwort

re = 9,896%
9.Beschreibende Statistik

Antwort: s = 16,48

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 = 148/6 = 24,67

Quadrierte Abweichungen

Σ(x − x̄)² = (−12,67)² + 13,33² + 27,33² + (−10,67)² + (−6,667)² + (−10,67)² = 1357

Standardabweichung

s = √(1357/5) = 16,48

Antwort

s = 16,48
10.Beschreibende Statistik

Antwort: P = 0,9332

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 = −1,5

Standardnormalverteilungstabelle

Φ(−1,5) = 0,06681
P = 1 − 0,06681 = 0,9332

Antwort

P = 0,9332
11.Wahrscheinlichkeit

Antwort: P = 0,5177

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.

Gegenereignis

P(keine Sechs) = (5/6)4 = 0,4823
P = 1 − 0,4823 = 0,5177

Antwort

P = 0,5177
12.Wahrscheinlichkeit

Antwort: P = 0,5339

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.

Null und ein Ausfall

P(X = 0) = 0,756 = 0,178
P(X = 1) = 6·0,25·0,755 = 0,356

Addieren

P = 0,178 + 0,356 = 0,5339

Antwort

P = 0,5339
13.Normalverteilung

Antwort: P = 0,8396

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 = (242 − 250)/5 = −1,6
z₂ = (256,25 − 250)/5 = 1,25

Fläche dazwischen

P = Φ(1,25) − Φ(−1,6) = 0,8944 − 0,0548 = 0,8396

Antwort

P = 0,8396
14.Normalverteilung

Antwort: x = 241,8 g

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) = 0,05 → z = −1,645

Zurück zu x

x = 250 + −1,645·5 = 241,78 g

Antwort

x = 241,78 g
15.Konfidenzintervalle

Antwort: E = 3,415

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 = 20, t = 2,845

Fehlermarge

E = 2,845·5,5/√21 = 3,415

Antwort

E = 3,415
16.Konfidenzintervalle

Antwort: n = 271

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 = (1,645·30/3)² = 270,6

Aufrunden

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

n = 271

Antwort

n = 271
17.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: t = 1,688

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 = 8/√81 = 8/9 = 0,8889

Teststatistik

t = (121,5 − 120)/0,8889 = 1,688

Antwort

t = 1,688
t0,025; df = 80 = 1,99

|t| < 1.99, also wird H₀ auf dem 5-%-Niveau (zweiseitig) nicht verworfen.

18.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: L = 498,6

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).

Fehlermarge

E = 1,96·8/√100 = 1,568

Intervallgrenze

L = 500,2 − 1,568 = 498,6

Antwort

L = 498,6
19.Lineare Regression und Korrelation

Antwort: r = 0,9886

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 = 18531 − 147·723/6 = 817,5
Sxx = 3759 − 147²/6 = 157,5
Syy = 91463 − 723²/6 = 4342

Korrelationskoeffizient

r = 817,5/√(157,5·4342) = 0,9886

Antwort

r = 0,9886
20.Lineare Regression und Korrelation

Antwort: e = 3,695

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 = 132/6 = 22
ȳ = 428/6 = 71,33

Quadrat- und Produktsummen

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 262

Regressionsgerade

b = 262/70 = 3,743
a = 71,33 − 3,743·22 = −11,01
ŷ = −11,01 + 3,743·x

Vorhergesagter Wert

ŷ = −11,01 + 3,743·26 = 86,3

Residuum

e = 90 − 86,3 = 3,695

Antwort

e = 3,695

Der Punkt liegt über der Geraden.

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