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 = ?€8 000€8 000€8 000€8 000

Eine Rente zahlt am Ende jedes Jahres €8 000, 8 Jahre lang. Der Zinssatz beträgt 5 % pro Jahr. Bestimme den Barwert PV der Rente.

A = €8 000i = 5%n = 8
PV = €
2.Zeitwert des GeldesSchwer
Monate01…216…300€200 000AB = ?A2,4% / 12

Eine Hypothek von €200 000 wird über 25 Jahre mit gleichen Monatsraten bei 2,4 % pro Jahr und monatlicher Verzinsung getilgt. Wie viel ist direkt nach der Rate am Ende von Jahr 18 noch geschuldet? Bestimme die Restschuld B.

P = €200 0002,4% / 12N = 300k = 216
B = €
3.Kapitalwert & interner ZinsfußMittel
Jahre0123456−40 00013 50013 50013 50013 50013 50013 500

Ein Projekt kostet heute €40 000 und bringt 6 Jahre lang am Ende jedes Jahres €13 500. Die Kapitalkosten betragen 5 %. Nimm an, dass die Zahlungen gleichmäßig über jedes Jahr eingehen. Bestimme die dynamische Amortisationsdauer DPB in Jahren.

r = 5%CF0 = −40 000CF1 = 13 500CF2 = 13 500CF3 = 13 500CF4 = 13 500CF5 = 13 500CF6 = 13 500
DPB = Jahre
4.Kapitalwert & interner ZinsfußSchwer
Jahre012−40 00022 00021 500

Ein Projekt kostet €40 000 und bringt am Ende der Jahre 1 bis 2 €22 000, €21 500. Bestimme seinen internen Zinsfuß IRR in Prozent.

CF0 = −40 000CF1 = 22 000CF2 = 21 500
IRR = %
5.Anleihekurs & RenditeMittel
Halbjahre0123…8€35€35€35 + €1 000P = ?

Eine Anleihe mit einem Nennwert von €1 000 zahlt einen jährlichen Kupon von 7% in zwei halbjährlichen Raten und wird in 4 Jahren fällig. Die Rendite bis zur Fälligkeit beträgt 9% pro Jahr. Bestimme den Kurs P der Anleihe.

F = €1 000Kuponsatz = 7%YTM = 9%n = 4
P = €
6.Anleihekurs & RenditeSchwer
Jahre0123…9€890€30€30 + €1 000

Eine Anleihe mit einem Nennwert von €1 000 und einem jährlichen Kupon von 3% wird in 9 Jahren fällig und kostet €890. Bestimme ihre Rendite bis zur Fälligkeit YTM in Prozent.

F = €1 000Kuponsatz = 3%n = 9P = €890
YTM = %
7.CAPM & WACCMittel
WACC = ?Eigenkapital€2 000 000re​ = 10%Fremdkapital€6 000 000rd​ = 3%T = 20%

Ein Unternehmen hat Eigenkapital im Wert von €2 000 000 und Fremdkapital im Wert von €6 000 000. Seine Eigenkapitalkosten betragen 10%, seine Fremdkapitalkosten vor Steuern 3% und der Steuersatz 20%. Bestimme den WACC.

E = €2 000 000D = €6 000 000re = 10%rd = 3%T = 20%
WACC = %
8.CAPM & WACCSchwer
rf​ = 3%, rm​ − rf​ = 5%keine SchuldenEigenkapitalβU​ = 1,1D/E = 0,6Eigenkapitalre​ = ?FremdkapitalT = 21%

Das Geschäft eines Unternehmens hat ein unverschuldetes Beta (Asset-Beta) von 1,1. Es plant einen Verschuldungsgrad D/E von 0,6. Der Steuersatz beträgt 21%, der risikolose Zinssatz 3% und die Marktrisikoprämie 5%. Bestimme die Eigenkapitalkosten re bei der neuen Kapitalstruktur.

βU = 1,1D/E = 0,6T = 21%rf = 3%rm − rf = 5%
re = %
9.Beschreibende StatistikMittel
25303540455055

Bestimme die Stichproben-Standardabweichung s der Daten: 51, 36, 33, 40, 55, 24.

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

Prüfungsergebnisse sind normalverteilt mit Mittelwert 170 und Standardabweichung 20. Bestimme den z-Wert z eines Ergebnisses von 178.

μ = 170σ = 20x = 178
z =
11.WahrscheinlichkeitMittel
rot: 7blau: 3

Ein Beutel enthält 7 rote und 3 blaue Kugeln. Du ziehst zwei Kugeln, ohne die erste zurückzulegen. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit P, dass beide rot sind?

7 / 3
P =
12.WahrscheinlichkeitSchwer
€p(x)−10,7310,25190,02

Ein Spiel kostet €1 Einsatz. Du gewinnst €2 mit der Wahrscheinlichkeit 0,25 und €20 mit der Wahrscheinlichkeit 0,02; sonst gewinnst du nichts. Der Einsatz wird nicht zurückgegeben. Bestimme den erwarteten Nettogewinn E(G) pro Spiel.

Einsatz = €1€2: p = 0,25€20: p = 0,02
E(G) = €
13.NormalverteilungMittel
250 kg248,4 kgT = X₁ + … + X₁₀?

Gegeben sind Zementsäcke; ihre Massen sind unabhängig und normalverteilt mit dem Mittelwert 25 kg und der Standardabweichung 0,5 kg. Bestimme die Wahrscheinlichkeit P, dass die Gesamtmasse von 10 davon unter 248,4 kg liegt. Runde z auf zwei Dezimalstellen.

μ = 25 kgσ = 0,5 kgn = 10< 248.4 kg
P =
14.NormalverteilungSchwer
10 cm0X − Y?

Die Körpergrößen X von Männern und Y von Frauen in einer Gruppe sind unabhängig und normalverteilt: X hat den Mittelwert 180 cm und die Standardabweichung 10 cm, Y hat den Mittelwert 170 cm und die Standardabweichung 12 cm. Bestimme die Wahrscheinlichkeit P, dass X größer als Y ist. Runde z auf zwei Dezimalstellen.

μX = 180 cm, σX = 10 cmμY = 170 cm, σY = 12 cm
P =
15.KonfidenzintervalleMittel
x̄E₁ = 5,199%, n = 50x̄E₂ = ?95%, n = 450

Ein 99-%-Konfidenzintervall für einen Mittelwert, basierend auf 50 Beobachtungen und bekanntem σ, hat eine Fehlermarge von 5,1. Wie groß ist die Fehlermarge E₂ eines 95-%-Intervalls auf Basis von 450 Beobachtungen?

99%n₁ = 50E₁ = 5,195%n₂ = 450
E₂ =
16.KonfidenzintervalleSchwer
p ≈ 0,7, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0,0490%

Eine Vorstudie legt nahe, dass etwa 0,7 der Produkte fehlerhaft sind. Wie viele Produkte n müssen geprüft werden, damit ein 90-%-Konfidenzintervall für den Anteil eine Fehlermarge von höchstens 0,04 hat?

p ≈ 0,7E = 0,0490%
n =
17.Hypothesentests & KonfidenzintervalleMittel
t −1,99801,998

Eine Stichprobe von 64 Studierenden hat einen mittleren Punktwert von 47,4 und eine Stichproben-Standardabweichung von 8. Bestimme die Teststatistik t für H₀: μ = 50.

μ₀ = 50x̄ = 47,4s = 8n = 64
t =
18.Hypothesentests & KonfidenzintervalleSchwer
−1,961,96z = ?

In einer Studie erholen sich 50 von 200 Patienten unter Behandlung A und 111 von 300 Patienten unter Behandlung B. Bestimme mit dem gepoolten Anteil die Teststatistik z für H₀: p₁ = p₂.

x₁ = 50n₁ = 200x₂ = 111n₂ = 300
z =
19.Lineare Regression und KorrelationMittel
xy143243351454562xy245060

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 = 15Σy = 253Σx² = 55Σy² = 13059Σxy = 808
r =
20.Lineare Regression und KorrelationSchwer
xy24144564885510651271xy51040506070ŷ = 48

Die Tabelle enthält 6 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 = 48 voraus?

n = 6ŷ = 48
x =

3Lösungen

1.Zeitwert des Geldes

Antwort: PV = 51706 €

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.

Rentenbarwertfaktor

(1 − (1 + i)−n)/i = (1 − 0,6768)/0,05 = 6,463

Barwert

PV = 8 000·6,463 = €51 705,70

Antwort

PV = €51 705,70
2.Zeitwert des Geldes

Antwort: B = 68538 €

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.

Monatliche Rate

i = 0,002, N = 300
A = 200 000·0,002/(1 − (1 + 0,002)−300) = €887,19

Barwert der verbleibenden Raten

Was noch geschuldet wird, muss genau durch die verbleibenden Raten getilgt werden.

N − k = 300 − 216 = 84
B = 887,2·(1 − (1 + 0,002)−84)/0,002 = €68 537,69

Antwort

B = €68 537,69
3.Kapitalwert & interner Zinsfuß

Antwort: DPB = 3,291 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: 13 500/1,05 = 12 857,14 → Σ = 12 857,14
Jahr 2: 13 500/1,103 = 12 244,90 → Σ = 25 102,04
Jahr 3: 13 500/1,158 = 11 661,81 → Σ = 36 763,85
Jahr 4: 13 500/1,216 = 11 106,48 → Σ = 47 870,33

Bruchteil des letzten Jahres

DPB = 3 + 3 236,15/11 106,48 = 3,291

Antwort

DPB = 3,291 Jahre

Die dynamische Amortisationsdauer ist immer länger als die statische (2,963 Jahre).

4.Kapitalwert & interner Zinsfuß

Antwort: IRR = 5,802 %

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%) = 453,51
NPV(10%) = −2 231,40

Eingrenzen

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

IRR ≈ 5 + 5·453,51/(453,51 − (−2 231,40)) = 5,845%
exakt: NPV(5,802%) = 0 → IRR = 5,802%

Antwort

IRR = 5,802%
5.Anleihekurs & Rendite

Antwort: P = 934 €

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 = €35,00, i = 0,045, N = 8

Barwert der Kupons

€35,00·(1 − 0,7032)/0,045 = €230,86

Barwert des Nennwerts

€1 000·0,7032 = €703,19

Kurs

P = €934,04

Antwort

P = €934,04

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

6.Anleihekurs & Rendite

Antwort: YTM = 4,514 %

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

€890 = €30·(1 − (1 + y)⁻⁹)/y + €1 000/(1 + y)⁹

Numerisch lösen

P(4%) = €925,65, P(5%) = €857,84
YTM = 4,514%

Antwort

YTM = 4,514%
7.CAPM & WACC

Antwort: WACC = 4,3 %

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 = €8 000 000, E/V = 0,25, D/V = 0,75

WACC

WACC = 0,25·10% + 0,75·3%·(1 − 0,2) = 4,3%

Antwort

WACC = 4,3%
8.CAPM & WACC

Antwort: re = 11,11 %

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 = 1,1·(1 + 0,79·0,6) = 1,621

Eigenkapitalkosten (CAPM)

re = 3% + 1,621·5% = 11,11%

Antwort

re = 11,11%
9.Beschreibende Statistik

Antwort: s = 11,55

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 = 239/6 = 39,83

Quadrierte Abweichungen

Σ(x − x̄)² = 11,17² + (−3,833)² + (−6,833)² + 0,1667² + 15,17² + (−15,83)² = 666,8

Standardabweichung

s = √(666,8/5) = 11,55

Antwort

s = 11,55
10.Beschreibende Statistik

Antwort: z = 0,4

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 = (178 − 170)/20 = 0,4

Antwort

z = 0,4
11.Wahrscheinlichkeit

Antwort: P = 0,4667

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 = 7/10 · 6/9 = 42/90 = 0,4667

Antwort

P = 0,4667
12.Wahrscheinlichkeit

Antwort: E(G) = −0,1 €

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: 1 (p = 0,25), 19 (p = 0,02), −1 (p = 0,73)

Erwartungswert

E(G) = 1·0,25 + 19·0,02 − 1·0,73 = −0,1 €

Antwort

E(G) = −0,1 €

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

13.Normalverteilung

Antwort: P = 0,1562

Summen und Differenzen normalverteilter Variablen: Sind X und Y unabhängig und normalverteilt, sind auch X + Y und X − Y normalverteilt. Die Mittelwerte werden addiert oder subtrahiert: E(X ± Y) = μX ± μY. Die Varianzen addieren sich immer, auch bei einer Differenz: Var(X ± Y) = σX² + σY², also σ = √(σX² + σY²). Standardabweichungen werden nie direkt addiert. Die Summe von n unabhängigen Objekten mit derselben Verteilung hat den Mittelwert n·μ und die Standardabweichung σ·√n. Standardisiere dann wie gewohnt: z = (x − Mittelwert)/σ und lies Φ(z) ab.

Verteilung der Summe

μT = 250 kg, σT = 0,5·√10 = 1,581 kg

Standardisieren

z = (248,4 − 250)/1,581 = −1,01

Wahrscheinlichkeit

P = Φ(−1,01) = 0,1562

Antwort

P = 0,1562
14.Normalverteilung

Antwort: P = 0,7389

Summen und Differenzen normalverteilter Variablen: Sind X und Y unabhängig und normalverteilt, sind auch X + Y und X − Y normalverteilt. Die Mittelwerte werden addiert oder subtrahiert: E(X ± Y) = μX ± μY. Die Varianzen addieren sich immer, auch bei einer Differenz: Var(X ± Y) = σX² + σY², also σ = √(σX² + σY²). Standardabweichungen werden nie direkt addiert. Die Summe von n unabhängigen Objekten mit derselben Verteilung hat den Mittelwert n·μ und die Standardabweichung σ·√n. Standardisiere dann wie gewohnt: z = (x − Mittelwert)/σ und lies Φ(z) ab.

Verteilung der Differenz

μ = 180 − 170 = 10 cm, σ = 15,62 cm

Standardisieren

z = (0 − 10)/15,62 = −0,64

Wahrscheinlichkeit

P = 1 − Φ(−0,64) = 0,7389

Antwort

P = 0,7389
15.Konfidenzintervalle

Antwort: E₂ = 1,293

Confidence interval for a mean: x̄ ± margin of error. With a known population σ the margin is z·σ/√n; with only the sample standard deviation s, use t with n − 1 degrees of freedom: t·s/√n. Critical values: z = 1,645 (90%), 1,96 (95%), 2,576 (99%). To get a margin E or smaller, you need n ≥ (z·σ/E)², rounded up.

Verhältnis der Fehlermargen

E₂/E₁ = (1,96/2,576)·√(50/450) = 0,2536

Neue Fehlermarge

E₂ = 5,1·0,2536 = 1,293

Antwort

E₂ = 1,293
16.Konfidenzintervalle

Antwort: n = 356

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 = 1,645²·0,7·0,3/0,04² = 355,2

Aufrunden

n = 356

Antwort

n = 356
17.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: t = −2,6

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).

Standardfehler

SE = 8/√64 = 8/8 = 1

Teststatistik

t = (47,4 − 50)/1 = −2,6

Antwort

t = −2,6
t0,025; df = 63 = 1,998

|t| > 1,998, also wird H₀ auf dem 5-%-Niveau (zweiseitig) verworfen.

18.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: z = −2,813

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 = 50/200 = 0,25
p̂₂ = 111/300 = 0,37
p̂ = 161/500 = 0,322

Standardfehler unter H₀

SE = √(0,322·0,678·(1/200 + 1/300)) = 0,04265

Teststatistik

z = (0,25 − 0,37)/0,04265 = −2,813

Antwort

z = −2,813

|z| > 1,96, also wird H₀ auf dem 5-%-Niveau (zweiseitig) verworfen.

19.Lineare Regression und Korrelation

Antwort: r = 0,9662

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 = 808 − 15·253/5 = 49
Sxx = 55 − 15²/5 = 10
Syy = 13059 − 253²/5 = 257,2

Korrelationskoeffizient

r = 49/√(10·257,2) = 0,9662

Antwort

r = 0,9662
20.Lineare Regression und Korrelation

Antwort: x = 5,011

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 = 325/6 = 54,17

Quadrat- und Produktsummen

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 217

Regressionsgerade

b = 217/70 = 3,1
a = 54,17 − 3,1·7 = 32,47
ŷ = 32,47 + 3,1·x

Nach x auflösen

x = (48 − 32,47)/3,1 = 5,011

Antwort

x = 5,011

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