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€1 000FV = ?

Du legst €1 000 zu einem Nominalzins von 5 % pro Jahr mit vierteljährlicher Verzinsung an. Bestimme den Wert FV der Anlage nach 10 Jahren.

PV = €1 0005% / 4n = 10
FV = €
2.Zeitwert des GeldesSchwer
Monate0123…36€20 000A?AAA

Ein Darlehen von €20 000 wird über 3 Jahre in gleichen Monatsraten zurückgezahlt. Der Zinssatz beträgt 4,2 % pro Jahr bei monatlicher Verzinsung. Bestimme die Monatsrate A.

P = €20 0004,2% / 12N = 36
A = €
3.Kapitalwert & interner ZinsfußMittel
Jahre01234567€80 000€1 500€1 500€1 500€1 500€1 500€1 500€1 500r = 10%, EAC = ?

Eine Maschine kostet heute €80 000, hält 7 Jahre und verursacht €1 500 Betriebskosten pro Jahr (am Ende jedes Jahres gezahlt). Die Kapitalkosten betragen 10 %. Bestimme ihre äquivalenten jährlichen Kosten EAC.

C0 = €80 000M = €1 500n = 7r = 10%
EAC = €
4.Kapitalwert & interner ZinsfußSchwer
Jahre0123−25 00012 00012 00012 000

Eine Investition von €25 000 bringt 3 Jahre lang am Ende jedes Jahres €12 000. Bestimme ihren internen Zinsfuß IRR in Prozent.

C0 = €25 000CF = €12 000n = 3
IRR = %
5.Anleihekurs & RenditeMittel
Jahre0123…12€1 398C = ?C = ?C = ? + €1 000

Eine Anleihe mit einem Nennwert von €1 000 wird in 12 Jahren fällig und zahlt jährliche Kupons. Sie wird bei einer Rendite bis zur Fälligkeit von 3% für €1 398 verkauft. Bestimme den Kuponsatz c in Prozent.

F = €1 000n = 12P = €1 398YTM = 3%
c = %
6.Anleihekurs & RenditeSchwer
Jahre012345€895€30€30 + €1 000

Eine Anleihe mit einem Nennwert von €1 000 und einem jährlichen Kupon von 3% wird in 5 Jahren fällig und kostet €895. Bestimme ihre Rendite bis zur Fälligkeit YTM in Prozent.

F = €1 000Kuponsatz = 3%n = 5P = €895
YTM = %
7.CAPM & WACCMittel
WACC = 8,47%Eigenkapital€5 000 000re​ = ?Fremdkapital€2 000 000rd​ = 3%T = 28%

Ein Unternehmen hat Eigenkapital im Wert von €5 000 000 und Fremdkapital im Wert von €2 000 000. Sein WACC beträgt 8,47%, seine Fremdkapitalkosten vor Steuern 3% und der Steuersatz 28%. Bestimme die Eigenkapitalkosten re.

E = €5 000 000D = €2 000 000WACC = 8,47%rd = 3%T = 28%
re = %
8.CAPM & WACCSchwer
WACC = ?Eigenkapital5 000 000 × €46,00β = 0,6rf​ = 3%, rm​ = 7,5%Fremdkapital40 000 × €1 050rd​ = 3%T = 21%

Ein Unternehmen hat 5 000 000 Aktien zu je €46,00 und 40 000 Anleihen mit einem Kurs von je €1 050. Die Fremdkapitalkosten vor Steuern betragen 3% und der Steuersatz 21%. Das Beta der Aktie ist 0,6, der risikofreie Zinssatz 3% und die Marktrendite 7,5%. Bestimme den WACC.

β = 0,6rf = 3%rm = 7,5%rd = 3%T = 21%
WACC = %
9.Beschreibende StatistikMittel
152025303540455055

Bestimme die Stichproben-Standardabweichung s der Daten: 12, 39, 57, 43, 19, 31.

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

Eine Größe ist normalverteilt mit Mittelwert 70 und Standardabweichung 10. Welcher Anteil P der Werte liegt über 85?

μ = 70σ = 10x = 85
P =
11.WahrscheinlichkeitMittel
P(mindestens eine Sechs) = ??1?2P(Sechs) = 1/6 bei jedem Wurf

Ein fairer Würfel wird 2-mal geworfen. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit P, mindestens eine Sechs zu würfeln?

n = 2
P =
12.WahrscheinlichkeitSchwer
€p(x)−30,8860,1570,02

Ein Spiel kostet €3 Einsatz. Du gewinnst €9 mit der Wahrscheinlichkeit 0,1 und €60 mit der Wahrscheinlichkeit 0,02; sonst gewinnst du nichts. Der Einsatz wird nicht zurückgegeben. Bestimme den erwarteten Nettogewinn E(G) pro Spiel.

Einsatz = €3€9: p = 0,1€60: p = 0,02
E(G) = €
13.NormalverteilungMittel
−3−2−10123zschattierte Fläche zwischen −z und z = 0,8132

Ziehe z so, dass die schattierte Fläche zwischen −z und z unter der Standardnormalverteilung gleich 0,8132 ist. Bestimme z auf zwei Nachkommastellen.

A = 0,8132
z =
14.NormalverteilungSchwer
μ = 178x = ?99%

Die Körpergrößen erwachsener Männer sind normalverteilt mit dem Mittelwert 178 cm und der Standardabweichung 7 cm. Bestimme den Wert x, unter dem 99 % von ihnen liegen (das 99. Perzentil).

μ = 178σ = 7P = 99%
x = cm
15.KonfidenzintervalleMittel
n = 15, s = 7,5LU = ?x̄ = 73,5E99%

Eine Stichprobe von 15 Elementen hat den Mittelwert 73,5 und die Standardabweichung s = 7,5. Die Grundgesamtheit ist annähernd normalverteilt. Bestimme die obere Grenze des 99-%-Konfidenzintervalls für den Mittelwert.

n = 15x̄ = 73,5s = 7,599%t(14) = 2,977
obere Grenze =
16.KonfidenzintervalleSchwer
σ = 32, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 2,590%

Die Standardabweichung der Grundgesamtheit ist 32. Wie groß muss die Stichprobe n sein, damit ein 90-%-Konfidenzintervall für den Mittelwert eine Fehlermarge von höchstens 2,5 hat?

σ = 32E = 2,590%
n =
17.Hypothesentests & KonfidenzintervalleMittel
−2,1792,179t = ?df = 12

13 Mitarbeitende machen vor und nach einem Schulungskurs einen Schreibtest. Für jede Person wird die Differenz d = nachher − vorher (Wörter pro Minute) erfasst. Die mittlere Differenz beträgt 4,85 und die Standardabweichung der Differenzen 7,6. Bestimme die Teststatistik t des verbundenen Tests für H₀: μd = 0.

n = 13d̄ = 4,85sd = 7,6
t =
18.Hypothesentests & KonfidenzintervalleSchwer
σ = 5, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 190%

Wie groß muss eine Stichprobe sein, damit das 90-%-Konfidenzintervall für einen Mittelwert eine Fehlermarge von höchstens 1 hat? Die Standardabweichung ist 5. Bestimme den kleinsten Stichprobenumfang n.

σ = 5E = 190%
n =
19.Lineare Regression und KorrelationMittel
xy21241862683310431252xy5102040

Die Tabelle enthält 6 Wertepaare von x = Last in kN und y = Verlängerung in mm. Bestimme das Bestimmtheitsmaß r² der Regressionsgeraden.

n = 6
r² =
20.Lineare Regression und KorrelationSchwer
xy136246347446556xy244050ŷ = 44

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 = 44 voraus?

n = 5ŷ = 44
x =

3Lösungen

1.Zeitwert des Geldes

Antwort: FV = 1644 €

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 = 0,05/4 = 0,0125
N = m·n = 4·10 = 40

Endwert

FV = 1 000·(1 + 0,0125)40 = 1 000·1,644 = €1 643,62

Antwort

FV = €1 643,62
2.Zeitwert des Geldes

Antwort: A = 592,3 €

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 = 0,042/12 = 0,0035
N = 12·3 = 36

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 = 0,8818
A = 20 000·0,0035/(1 − 0,8818) = €592,26

Antwort

A = €592,26
3.Kapitalwert & interner Zinsfuß

Antwort: EAC = 17932 €

Äquivalente jährliche Kosten: Verteile den Barwert aller Kosten als gleichen jährlichen Betrag (eine Rente) über die Lebensdauer: EAC = PV·r/(1 − (1 + r)⁻ⁿ). So lassen sich Maschinen mit unterschiedlicher Lebensdauer vergleichen.

Rentenbarwertfaktor

(1 − 1,1−7)/0,1 = 4,868

Annualisierter Kaufpreis

80 000/4,868 = 16 432,44

EAC

EAC = 16 432,44 + 1 500 = €17 932,44

Antwort

EAC = €17 932,44
4.Kapitalwert & interner Zinsfuß

Antwort: IRR = 20,71 %

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)−3)/i = 25 000/12 000 = 2,083

Nach dem Zinssatz auflösen

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

i = 20%: 2,106
i = 21%: 2,074
IRR = 20,71%

Antwort

IRR = 20,71%
5.Anleihekurs & Rendite

Antwort: c = 6,998 %

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.

Barwert des Nennwerts

1000·(1 + 0,03)−12 = €701,38

Kupon

C = (1398 − 701,38)/9,954 = €69,98

Kuponsatz

c = 69,98/1000 = 6,998%

Antwort

c = 6,998%
6.Anleihekurs & Rendite

Antwort: YTM = 5,456 %

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

€895 = €30·(1 − (1 + y)⁻⁵)/y + €1 000/(1 + y)⁵

Numerisch lösen

P(5%) = €913,41, P(6%) = €873,63
YTM = 5,456%

Antwort

YTM = 5,456%
7.CAPM & WACC

Antwort: re = 10,99 %

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 = €7 000 000, E/V = 0,7143, D/V = 0,2857

Fremdkapitalanteil am WACC

0,2857·3%·(1 − 0,28) = 0,6171%

Eigenkapitalkosten

re = (8,47% − 0,6171%)/0,7143 = 10,99%

Antwort

re = 10,99%
8.CAPM & WACC

Antwort: WACC = 5,186 %

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 = 5 000 000·€46,00 = €230 000 000
D = 40 000·€1 050 = €42 000 000

Eigenkapitalkosten (CAPM)

re = 3% + 0,6·4,5% = 5,7%

Gewichte

V = €272 000 000, E/V = 0,8456, D/V = 0,1544

WACC

WACC = 0,8456·5,7% + 0,1544·3%·(1 − 0,21) = 5,186%

Antwort

WACC = 5,186%
9.Beschreibende Statistik

Antwort: s = 16,44

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 = 201/6 = 33,5

Quadrierte Abweichungen

Σ(x − x̄)² = (−21,5)² + 5,5² + 23,5² + 9,5² + (−14,5)² + (−2,5)² = 1352

Standardabweichung

s = √(1352/5) = 16,44

Antwort

s = 16,44
10.Beschreibende Statistik

Antwort: P = 0,06681

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) = 0,9332
P = 1 − 0,9332 = 0,06681

Antwort

P = 0,06681
11.Wahrscheinlichkeit

Antwort: P = 0,3056

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)2 = 0,6944
P = 1 − 0,6944 = 0,3056

Antwort

P = 0,3056
12.Wahrscheinlichkeit

Antwort: E(G) = −0,9 €

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.

Nettoergebnisse

G: 6 (p = 0,1), 57 (p = 0,02), −3 (p = 0,88)

Erwartungswert

E(G) = 6·0,1 + 57·0,02 − 3·0,88 = −0,9 €

Antwort

E(G) = −0,9 €

Ein negativer Wert bedeutet, dass du im Durchschnitt Geld verlierst.

13.Normalverteilung

Antwort: z = 1,32

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 + 0,8132)/2 = 0,9066

Die z-Tabelle rückwärts lesen

Finde 0,9066 in der Tabelle und lies z ab.

z = 1,32

Antwort

z = 1,32
14.Normalverteilung

Antwort: x = 194,3 cm

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) = 0,99 → z = 2,326

Zurück zu x

x = 178 + 2,326·7 = 194,28 cm

Antwort

x = 194,28 cm
15.Konfidenzintervalle

Antwort: obere Grenze = 79,26

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 = 14, t = 2,977

Fehlermarge

E = 2,977·7,5/√15 = 5,765

Intervall

73,5 ± 5,765 → [67,74, 79,26]

Antwort

obere Grenze = 79,26
16.Konfidenzintervalle

Antwort: n = 444

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 = (1,645·32/2,5)² = 443,4

Aufrunden

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

n = 444

Antwort

n = 444
17.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: t = 2,301

Testing a mean: the test statistic measures how many standard errors the sample mean lies from the value claimed in H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) when σ is known, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) when it is estimated from the sample. A confidence interval is x̄ ± (critical value)·(standard error).

Standardfehler der mittleren Differenz

SE = 7,6/√13 = 2,108

Teststatistik

t = 4,85/2,108 = 2,301

Antwort

t = 2,301

Bei df = 12 ist der zweiseitige kritische 5-%-Wert 2,179; |t| ist größer, also wird H₀ verworfen.

18.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: n = 68

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).

Nach n auflösen

n = (1,645·5/1)² = 67,65

Aufrunden

n = 68

Antwort

n = 68
19.Lineare Regression und Korrelation

Antwort: r² = 0,9936

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 = 42/6 = 7
ȳ = 184/6 = 30,67

Quadrat- und Produktsummen

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 282
Syy = Σ(y − ȳ)² = 1143

Bestimmtheitsmaß

r² = 282²/(70·1143) = 0,9936

Antwort

r² = 0,9936

Etwa 99,36 % der Streuung von y werden durch die Gerade erklärt.

20.Lineare Regression und Korrelation

Antwort: x = 2,45

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 = 231/5 = 46,2

Quadrat- und Produktsummen

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 40

Regressionsgerade

b = 40/10 = 4
a = 46,2 − 4·3 = 34,2
ŷ = 34,2 + 4·x

Nach x auflösen

x = (44 − 34,2)/4 = 2,45

Antwort

x = 2,45

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