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 2 % pro Jahr bei monatlicher Verzinsung. Wie viel musst du heute einzahlen? Bestimme den Barwert PV.

FV = €40 0002% / 12n = 6
PV = €
2.Zeitwert des GeldesSchwer
Monate0123…312€50€50€50FV = ?

Du sparst 26 Jahre lang am Ende jedes Monats €50. Das Konto bringt 4,2 % pro Jahr bei monatlicher Verzinsung. Wie viel hast du am Ende gespart? Bestimme FV.

A = €504,2% / 12N = 312
FV = €
3.Kapitalwert & interner ZinsfußMittel
Jahre0123…9−250 00012 000+4%+4%…r = 10%, NPV = ?

Ein Projekt kostet heute €250 000. Es erwirtschaftet am Ende des ersten Jahres €12 000, danach wächst der Zahlungsüberschuss für immer um 4 % pro Jahr. Die Kapitalkosten betragen 10 %. Bestimme den Kapitalwert NPV.

C0 = €250 000CF1 = €12 000g = 4%r = 10%
NPV = €
4.Kapitalwert & interner ZinsfußSchwer
Jahre0123−10 0004 0005 0006 000

Ein Projekt kostet €10 000 und bringt am Ende der Jahre 1 bis 3 €4 000, €5 000, €6 000. Bestimme seinen internen Zinsfuß IRR in Prozent.

CF0 = −10 000CF1 = 4 000CF2 = 5 000CF3 = 6 000
IRR = %
5.Anleihekurs & RenditeMittel
Halbjahre0123…24€40€40€40 + €1 000P = ?

Eine Anleihe mit einem Nennwert von €1 000 zahlt einen jährlichen Kupon von 8% in zwei halbjährlichen Raten und wird in 12 Jahren fällig. Die Rendite bis zur Fälligkeit beträgt 5,5% pro Jahr. Bestimme den Kurs P der Anleihe.

F = €1 000Kuponsatz = 8%YTM = 5,5%n = 12
P = €
6.Anleihekurs & RenditeSchwer
Jahre0123€1 115€70€70€70 + €1 070

Eine Anleihe mit 20 Jahren Restlaufzeit (Nennwert €1 000, jährlicher Kupon 7%) wird für €1 115 verkauft. Der Emittent kann sie in 3 Jahren zu einem Kündigungskurs von €1 070 kündigen. Bestimme die Rendite bis zur Kündigung YTC in Prozent.

F = €1 000Kuponsatz = 7%P = €1 115Kündigungskurs = €1 070Kündigung in 3 Jahre
YTC = %
7.CAPM & WACCMittel
WACC = ?Stammaktien€12 000 000re​ = 13%Vorzugsaktien€500 000rp​ = 7%Fremdkapital€5 000 000rd​ = 4%T = 25%

Ein Unternehmen ist finanziert mit Stammaktien im Wert von €12 000 000, Vorzugsaktien im Wert von €500 000 und Fremdkapital im Wert von €5 000 000. Die Eigenkapitalkosten betragen 13%, die Kosten der Vorzugsaktien 7% und die Fremdkapitalkosten vor Steuern 4%. Der Steuersatz beträgt 25%. Bestimme den WACC.

E = €12 000 000Ps = €500 000D = €5 000 000re = 13%rp = 7%rd = 4%T = 25%
WACC = %
8.CAPM & WACCSchwer
rf​ = 4%, rm​ − rf​ = 4,5%D/E = 0,4EigenkapitalβL​ = 1,5FremdkapitalD/E = 1Eigenkapitalre​ = ?FremdkapitalT = 20%

Die Aktien eines Unternehmens haben beim aktuellen Verschuldungsgrad D/E von 0,4 ein Beta von 1,5. Es plant, den Verschuldungsgrad auf 1 zu erhöhen. Der Steuersatz beträgt 20%, der risikolose Zinssatz 4% und die Marktrisikoprämie 4,5%. Bestimme die Eigenkapitalkosten re nach der Änderung.

βL = 1,5D/E1 = 0,4D/E2 = 1T = 20%rf = 4%rm − rf = 4,5%
re = %
9.Beschreibende StatistikMittel
20253035404550

Bestimme die Stichproben-Standardabweichung s der Daten: 17, 41, 30, 22, 45, 51.

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

Eine Größe ist normalverteilt mit Mittelwert 170 und Standardabweichung 10. Welcher Anteil P der Werte liegt über 162?

μ = 170σ = 10x = 162
P =
11.WahrscheinlichkeitMittel
rot: 7blau: 6

Ein Beutel enthält 7 rote und 6 blaue Kugeln. Du ziehst zwei Kugeln, ohne die erste zurückzulegen. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit P, dass beide rot sind?

7 / 6
P =
12.WahrscheinlichkeitSchwer
€p(x)−30,8120,151470,05

Ein Spiel kostet €3 Einsatz. Du gewinnst €15 mit der Wahrscheinlichkeit 0,15 und €150 mit der Wahrscheinlichkeit 0,05; sonst gewinnst du nichts. Der Einsatz wird nicht zurückgegeben. Bestimme den erwarteten Nettogewinn E(G) pro Spiel.

Einsatz = €3€15: p = 0,15€150: p = 0,05
E(G) = €
13.NormalverteilungMittel
−3−2−10123zschattierte Fläche rechts von z = 0,0274

Ziehe z so, dass die schattierte Fläche unter der Standardnormalverteilung rechts von z gleich 0,0274 ist. Bestimme z auf zwei Nachkommastellen.

A = 0,0274
z =
14.NormalverteilungSchwer
μ = 100x = ?10%

Die IQ-Werte sind normalverteilt mit dem Mittelwert 100 Punkte und der Standardabweichung 15 Punkte. Bestimme den Wert x, unter dem 10 % von ihnen liegen (das 10. Perzentil).

μ = 100σ = 15P = 10%
x = Punkte
15.KonfidenzintervalleMittel
n = 12, s = 15L = ?Ux̄ = 16E99%

Eine Stichprobe von 12 Elementen hat den Mittelwert 16 und die Standardabweichung s = 15. Die Grundgesamtheit ist annähernd normalverteilt. Bestimme die untere Grenze des 99-%-Konfidenzintervalls für den Mittelwert.

n = 12x̄ = 16s = 1599%t(11) = 3,106
untere Grenze =
16.KonfidenzintervalleSchwer
μ₁ − μ₂, t(15) = 2,9470L = ?Ux̄₁ − x̄₂E99%

Zwei Dünger werden getestet. Parzellengruppe 1: 9 Parzellen, mittlerer Ertrag 59,5 kg, Standardabweichung 9,5 kg. Parzellengruppe 2: 8 Parzellen, Mittelwert 63 kg, Standardabweichung 5 kg. Nimm gleiche Varianzen an (gepoolter t-Test, df = n₁ + n₂ − 2). Bestimme die untere Grenze des 99-%-Konfidenzintervalls für μ₁ − μ₂.

n₁ = 9x̄₁ = 59,5s₁ = 9,5n₂ = 8x̄₂ = 63s₂ = 599%t(15) = 2,947
untere Grenze = kg
17.Hypothesentests & KonfidenzintervalleMittel
0,92p = ?

Der Mittelwert einer Grundgesamtheit soll 50 betragen; die Standardabweichung der Grundgesamtheit ist bekanntermaßen 4. Eine Zufallsstichprobe von 64 Beobachtungen hat den Mittelwert 50,46. Teste H₀: μ = 50 gegen H₁: μ > 50. Bestimme den p-Wert p.

μ₀ = 50σ = 4n = 64x̄ = 50,46H₁: μ > μ₀
p =
18.Hypothesentests & KonfidenzintervalleSchwer
−1,961,96z = ?

In einer Studie erholen sich 68 von 150 Patienten unter Behandlung A und 100 von 250 Patienten unter Behandlung B. Bestimme mit dem gepoolten Anteil die Teststatistik z für H₀: p₁ = p₂.

x₁ = 68n₁ = 150x₂ = 100n₂ = 250
z =
19.Lineare Regression und KorrelationMittel
xy233334436544647xy246354045

Die Tabelle enthält 5 Wertepaare von x = Werbeausgaben in k€ und y = Umsatz in k€. Ihre Summen sind gegeben. Bestimme daraus den Korrelationskoeffizienten nach Pearson r.

n = 5Σx = 20Σy = 194Σx² = 90Σy² = 7686Σxy = 814
r =
20.Lineare Regression und KorrelationSchwer
xy155018602174249927107xy1520256080100x = 19,5

Die Tabelle enthält 5 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 (19,5, 66) wird gemacht. Bestimme ihr Residuum e = y − ŷ.

n = 5(19,5, 66)
e =

3Lösungen

1.Zeitwert des Geldes

Antwort: PV = 35480 €

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 = 0,02/12 = 0,001667
N = 12·6 = 72

Barwert

PV = FV/(1 + i)N = 40 000/1,127 = €35 480,36

Antwort

PV = €35 480,36
2.Zeitwert des Geldes

Antwort: FV = 28208 €

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 = 0,042/12 = 0,0035
N = 12·26 = 312

Endwert der Einzahlungen

FV = A·((1 + i)N − 1)/i = 50·(2,975 − 1)/0,0035 = €28 207,89

Antwort

FV = €28 207,89

Du hast selbst €15 600 eingezahlt; der Rest sind Zinsen.

3.Kapitalwert & interner Zinsfuß

Antwort: NPV = −50000 €

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 = 12 000/(0,1 − 0,04) = 200 000,00

NPV

NPV = 200 000,00 − 250 000 = −€50 000,00

Antwort

NPV = −€50 000,00

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

4.Kapitalwert & interner Zinsfuß

Antwort: IRR = 21,65 %

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(20%) = 277,78
NPV(25%) = −528,00

Eingrenzen

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

IRR ≈ 20 + 5·277,78/(277,78 − (−528,00)) = 21,72%
exakt: NPV(21,65%) = 0 → IRR = 21,65%

Antwort

IRR = 21,65%
5.Anleihekurs & Rendite

Antwort: P = 1218 €

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 = €40,00, i = 0,0275, N = 24

Barwert der Kupons

€40,00·(1 − 0,5215)/0,0275 = €696,03

Barwert des Nennwerts

€1 000·0,5215 = €521,48

Kurs

P = €1 217,51

Antwort

P = €1 217,51

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

6.Anleihekurs & Rendite

Antwort: YTC = 4,998 %

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.

Gleichung für die Rendite

1115 = 70·(1 − (1 + y)−3)/y + 1070/(1 + y)3

Numerisch lösen

y = 4%: €1 145,48
y = 5%: €1 114,93
YTC = 4,998%

Antwort

YTC = 4,998%

Die Rendite bis zur Fälligkeit beträgt 5,998%. 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 = 9,971 %

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 = 12 000 000 + 500 000 + 5 000 000 = €17 500 000
E/V = 0,6857, Ps/V = 0,02857, D/V = 0,2857

WACC

WACC = 0,6857·13% + 0,02857·7% + 0,2857·4%·(1 − 0,25) = 9,971%

Antwort

WACC = 9,971%
8.CAPM & WACC

Antwort: re = 13,2 %

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.

Das Beta entschulden

βU = 1,5/(1 + 0,8·0,4) = 1,136

Beim neuen D/E wieder verschulden

βL = 1,136·(1 + 0,8·1) = 2,045

Eigenkapitalkosten (CAPM)

re = 4% + 2,045·4,5% = 13,2%

Antwort

re = 13,2%
9.Beschreibende Statistik

Antwort: s = 13,47

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 = 206/6 = 34,33

Quadrierte Abweichungen

Σ(x − x̄)² = (−17,33)² + 6,667² + (−4,333)² + (−12,33)² + 10,67² + 16,67² = 907,3

Standardabweichung

s = √(907,3/5) = 13,47

Antwort

s = 13,47
10.Beschreibende Statistik

Antwort: P = 0,7881

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 = −0,8

Standardnormalverteilungstabelle

Φ(−0,8) = 0,2119
P = 1 − 0,2119 = 0,7881

Antwort

P = 0,7881
11.Wahrscheinlichkeit

Antwort: P = 0,2692

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.

Erster und zweiter Zug

P = 7/13 · 6/12 = 42/156 = 0,2692

Antwort

P = 0,2692
12.Wahrscheinlichkeit

Antwort: E(G) = 6,75 €

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: 12 (p = 0,15), 147 (p = 0,05), −3 (p = 0,8)

Erwartungswert

E(G) = 12·0,15 + 147·0,05 − 3·0,8 = 6,75 €

Antwort

E(G) = 6,75 €

Ein positiver Wert bedeutet, dass du im Durchschnitt Geld gewinnst.

13.Normalverteilung

Antwort: z = 1,92

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 − 0,0274 = 0,9726

Die z-Tabelle rückwärts lesen

Finde 0,9726 in der Tabelle und lies z ab.

z = 1,92

Antwort

z = 1,92
14.Normalverteilung

Antwort: x = 80,78 Punkte

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) = 0,1 → z = −1,282

Zurück zu x

x = 100 + −1,282·15 = 80,78 Punkte

Antwort

x = 80,78 Punkte
15.Konfidenzintervalle

Antwort: untere Grenze = 2,551

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 = 11, t = 3,106

Fehlermarge

E = 3,106·15/√12 = 13,45

Intervall

16 ± 13,45 → [2,551, 29,45]

Antwort

untere Grenze = 2,551
16.Konfidenzintervalle

Antwort: untere Grenze = −14,57 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 = (8·9,5² + 7·5²)/15 = 59,8
sp = 7,733

Fehlermarge

E = 2,947·7,733·√(1/9 + 1/8) = 11,07

Intervall

−3,5 ± 11,07 → [−14,57, 7,574]

Antwort

untere Grenze = −14,57 kg
17.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: p = 0,1788

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.

Teststatistik

SE = σ/√n = 4/√64 = 0,5
z = (50,46 − 50)/0,5 = 0,92

Endfläche

Φ(0,92) = 0,8212
1 − Φ(0,92) = 0,1788

p-Wert

p = 0,1788

Antwort

p = 0,1788

p > 0,05, also wird H₀ auf dem 5-%-Niveau nicht verworfen.

18.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: z = 1,046

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 = 68/150 = 0,4533
p̂₂ = 100/250 = 0,4
p̂ = 168/400 = 0,42

Standardfehler unter H₀

SE = √(0,42·0,58·(1/150 + 1/250)) = 0,05097

Teststatistik

z = (0,4533 − 0,4)/0,05097 = 1,046

Antwort

z = 1,046

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

19.Lineare Regression und Korrelation

Antwort: r = 0,9536

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 = 814 − 20·194/5 = 38
Sxx = 90 − 20²/5 = 10
Syy = 7686 − 194²/5 = 158,8

Korrelationskoeffizient

r = 38/√(10·158,8) = 0,9536

Antwort

r = 0,9536
20.Lineare Regression und Korrelation

Antwort: e = −4,35

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 = 105/5 = 21
ȳ = 390/5 = 78

Quadrat- und Produktsummen

Sxx = Σ(x − x̄)² = 90
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 459

Regressionsgerade

b = 459/90 = 5,1
a = 78 − 5,1·21 = −29,1
ŷ = −29,1 + 5,1·x

Vorhergesagter Wert

ŷ = −29,1 + 5,1·19,5 = 70,35

Residuum

e = 66 − 70,35 = −4,35

Antwort

e = −4,35

Der Punkt liegt unter der Geraden.

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