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 = ?€8 000+2,5%+2,5%…r = 5,5%

Eine Immobilie soll im nächsten Jahr eine Nettomiete von €8 000 erzielen. Die Miete soll für immer um 2,5 % pro Jahr wachsen. Die geforderte Rendite beträgt 5,5 % pro Jahr. Bestimme den heutigen Wert PV der Immobilie.

C1 = €8 000g = 2,5%r = 5,5%
PV = €
2.Zeitwert des GeldesSchwer
Monate0123…N = ?€8 000€125€125€125€1254,2% / 12

Du leihst dir €8 000 zu 4,2 % pro Jahr bei monatlicher Verzinsung und zahlst am Ende jedes Monats €125 zurück. Wie viele Monate dauert es, bis das Darlehen getilgt ist (die letzte Rate darf kleiner sein)? Gib die Anzahl der Raten N an.

P = €8 000A = €1254,2% / 12
N = Raten
3.Kapitalwert & interner ZinsfußMittel
Jahre01234−45 00016 00013 00013 00021 000

Eine Investition von €45 000 bringt am Ende der Jahre 1 bis 4 diese Zahlungen: €16 000, €13 000, €13 000, €21 000. Die Kapitalkosten betragen 7,000000000000001 %. Bestimme den Kapitalwert NPV.

r = 7,000000000000001%CF0 = −45 000CF1 = 16 000CF2 = 13 000CF3 = 13 000CF4 = 21 000
NPV = €
4.Kapitalwert & interner ZinsfußSchwer
Jahre01234−50 00015 50015 50015 50015 500

Eine Investition von €50 000 bringt 4 Jahre lang am Ende jedes Jahres €15 500. Bestimme ihren internen Zinsfuß IRR in Prozent.

C0 = €50 000CF = €15 500n = 4
IRR = %
5.Anleihekurs & RenditeMittel
Halbjahre0123…10€25€25€25 + €1 000P = ?

Eine Anleihe mit einem Nennwert von €1 000 zahlt einen jährlichen Kupon von 5% in zwei halbjährlichen Raten und wird in 5 Jahren fällig. Die Rendite bis zur Fälligkeit beträgt 6% pro Jahr. Bestimme den Kurs P der Anleihe.

F = €1 000Kuponsatz = 5%YTM = 6%n = 5
P = €
6.Anleihekurs & RenditeSchwer
Jahre0123€975€50€50 + €1 000

Eine Anleihe mit einem Nennwert von €1 000 und einem jährlichen Kupon von 5% wird in 3 Jahren fällig und kostet €975. Bestimme ihre Rendite bis zur Fälligkeit YTM in Prozent.

F = €1 000Kuponsatz = 5%n = 3P = €975
YTM = %
7.CAPM & WACCMittel
WACC = ?EigenkapitalEre​ = 12%FremdkapitalD = 0,5·Erd​ = 3%T = 25%

Ein Unternehmen hat einen Verschuldungsgrad (zu Marktwerten) von D/E = 0,5. Seine Eigenkapitalkosten betragen 12%, seine Fremdkapitalkosten vor Steuern 3% und der Steuersatz 25%. Bestimme den WACC.

D/E = 0,5re = 12%rd = 3%T = 25%
WACC = %
8.CAPM & WACCSchwer
WACC = ?Eigenkapital2 500 000 × €28,50β = 0,9rf​ = 4%, rm​ = 9%Fremdkapital5 000 × €960rd​ = 3,5%T = 21%

Ein Unternehmen hat 2 500 000 Aktien zu je €28,50 und 5 000 Anleihen mit einem Kurs von je €960. Die Fremdkapitalkosten vor Steuern betragen 3,5% und der Steuersatz 21%. Das Beta der Aktie ist 0,9, der risikofreie Zinssatz 4% und die Marktrendite 9%. Bestimme den WACC.

β = 0,9rf = 4%rm = 9%rd = 3,5%T = 21%
WACC = %
9.Beschreibende StatistikMittel
10152025303540

Bestimme die Stichproben-Standardabweichung s der Daten: 40, 29, 42, 44, 37, 10.

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

Eine Größe ist normalverteilt mit Mittelwert 500 und Standardabweichung 100. Welcher Anteil P der Werte liegt unter 300?

μ = 500σ = 100x = 300
P =
11.WahrscheinlichkeitMittel
xp(x)00,3510,320,35μ = 1

Bestimme für die gezeigte Verteilung die Varianz Var(X) von X.

x: 0, 1, 2p(x): 0,35, 0,3, 0,35
Var(X) =
12.WahrscheinlichkeitSchwer
n = 6, p = 0,1: P(X ≤ 1) = ?k0123456

6 Bauteile werden geprüft, und jedes fällt unabhängig mit Wahrscheinlichkeit 0,1 aus. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit P, dass höchstens eines ausfällt?

n = 6p = 0,1
P =
13.NormalverteilungMittel
246,25251P = ?

Die Gewichte von Beuteln sind normalverteilt mit dem Mittelwert 250 g und der Standardabweichung 5 g. Welcher Anteil liegt zwischen 246,25 und 251 g? Gib P als Dezimalzahl an.

μ = 250σ = 5x1 = 246,25x2 = 251
P =
14.NormalverteilungSchwer
μ = 178x = ?95%

Die Körpergrößen erwachsener Männer sind normalverteilt mit dem Mittelwert 178 cm und der Standardabweichung 7 cm. Bestimme den Wert x, unter dem 95 % von ihnen liegen (das 95. Perzentil).

μ = 178σ = 7P = 95%
x = cm
15.KonfidenzintervalleMittel
μ₁ − μ₂0L = ?Ux̄₁ − x̄₂E90%

Die Akkulaufzeit zweier Handymodelle wird verglichen. Modell 1: 60 Handys, Mittelwert 149 h, bekannte Standardabweichung 12 h. Modell 2: 50 Handys, Mittelwert 144 h, bekannte Standardabweichung 16 h. Bestimme die untere Grenze des 90-%-Konfidenzintervalls für μ₁ − μ₂.

n₁ = 60x̄₁ = 149 hσ₁ = 12 hn₂ = 50x̄₂ = 144 hσ₂ = 16 h90%
untere Grenze = h
16.KonfidenzintervalleSchwer
p = 0,5, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0,02599%

Über den Anteil fehlerhafter Produkte ist vorab nichts bekannt. Wie viele Produkte n müssen geprüft werden, damit ein 99-%-Konfidenzintervall für den Anteil eine Fehlermarge von höchstens 0,025 hat?

p = 0,5E = 0,02599%
n =
17.Hypothesentests & KonfidenzintervalleMittel
t −2,0302,03

Eine Stichprobe von 36 Studierenden hat einen mittleren Punktwert von 70,67 und eine Stichproben-Standardabweichung von 10. Bestimme die Teststatistik t für H₀: μ = 75.

μ₀ = 75x̄ = 70,67s = 10n = 36
t =
18.Hypothesentests & KonfidenzintervalleSchwer
−1,961,96z = ?

In einer Studie erholen sich 90 von 200 Patienten unter Behandlung A und 41 von 120 Patienten unter Behandlung B. Bestimme mit dem gepoolten Anteil die Teststatistik z für H₀: p₁ = p₂.

x₁ = 90n₁ = 200x₂ = 41n₂ = 120
z =
19.Lineare Regression und KorrelationMittel
xy181082012622128241412615028172xy2025120140160

Die Tabelle enthält 6 Wertepaare von x = Temperatur in °C und y = verkaufte Eiskugeln. Bestimme das Bestimmtheitsmaß r² der Regressionsgeraden.

n = 6
r² =
20.Lineare Regression und KorrelationSchwer
xy2454576668761085xy5106080x = 7

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. Sage ŷ für x = 7 voraus.

n = 5x = 7
ŷ =

3Lösungen

1.Zeitwert des Geldes

Antwort: PV = 266667 €

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) = 8 000/(0,055 − 0,025) = 8 000/0,03 = €266 666,67

Antwort

PV = €266 666,67
2.Zeitwert des Geldes

Antwort: N = 73 Raten

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.

Die Rentenformel umstellen

i = 0,0035
(1 + i)−N = 1 − 8 000·0,0035/125 = 0,776

Mit Logarithmen lösen

N = −ln(0,776)/ln(1,004) = 72,58

Auf ganze Raten aufrunden

72 volle Raten lassen eine kleine Restschuld, die die letzte, kleinere Rate tilgt.

N = 73

Antwort

N = 73 Raten
3.Kapitalwert & interner Zinsfuß

Antwort: NPV = 7941 €

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.

Barwert jeder Zahlung

CF0 = −45 000
CF1/(1 + 0,07)1 = 16 000/1,07 = 14 953,27
CF2/(1 + 0,07)2 = 13 000/1,145 = 11 354,70
CF3/(1 + 0,07)3 = 13 000/1,225 = 10 611,87
CF4/(1 + 0,07)4 = 21 000/1,311 = 16 020,80

Addieren

NPV = €7 940,65

Antwort

NPV = €7 940,65

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

4.Kapitalwert & interner Zinsfuß

Antwort: IRR = 9,196 %

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)−4)/i = 50 000/15 500 = 3,226

Nach dem Zinssatz auflösen

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

i = 9%: 3,24
i = 10%: 3,17
IRR = 9,196%

Antwort

IRR = 9,196%
5.Anleihekurs & Rendite

Antwort: P = 957,3 €

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 = €25,00, i = 0,03, N = 10

Barwert der Kupons

€25,00·(1 − 0,7441)/0,03 = €213,26

Barwert des Nennwerts

€1 000·0,7441 = €744,09

Kurs

P = €957,35

Antwort

P = €957,35

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

6.Anleihekurs & Rendite

Antwort: YTM = 5,934 %

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.

Gleichung für die Rendite

€975 = €50·(1 − (1 + y)⁻³)/y + €1 000/(1 + y)³

Numerisch lösen

P(5%) = €1 000,00, P(6%) = €973,27
YTM = 5,934%

Antwort

YTM = 5,934%
7.CAPM & WACC

Antwort: WACC = 8,75 %

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 + 0,5) = 0,6667
D/V = 0,5/(1 + 0,5) = 0,3333

WACC

WACC = 0,6667·12% + 0,3333·3%·(1 − 0,25) = 8,75%

Antwort

WACC = 8,75%
8.CAPM & WACC

Antwort: WACC = 8,138 %

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 = 2 500 000·€28,50 = €71 250 000
D = 5 000·€960 = €4 800 000

Eigenkapitalkosten (CAPM)

re = 4% + 0,9·5% = 8,5%

Gewichte

V = €76 050 000, E/V = 0,9369, D/V = 0,06312

WACC

WACC = 0,9369·8,5% + 0,06312·3,5%·(1 − 0,21) = 8,138%

Antwort

WACC = 8,138%
9.Beschreibende Statistik

Antwort: s = 12,72

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 = 202/6 = 33,67

Quadrierte Abweichungen

Σ(x − x̄)² = 6,333² + (−4,667)² + 8,333² + 10,33² + 3,333² + (−23,67)² = 809,3

Standardabweichung

s = √(809,3/5) = 12,72

Antwort

s = 12,72
10.Beschreibende Statistik

Antwort: P = 0,02275

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 = −2

Standardnormalverteilungstabelle

Φ(−2) = 0,02275
P = 0,02275

Antwort

P = 0,02275
11.Wahrscheinlichkeit

Antwort: Var(X) = 0,7

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 = 0·0,35 + 1·0,3 + 2·0,35 = 1

Mittelwert der Quadrate

E(X²) = 0·0,35 + 1·0,3 + 4·0,35 = 1,7

Varianz

Var(X) = 1,7 − 1² = 0,7

Antwort

Var(X) = 0,7
12.Wahrscheinlichkeit

Antwort: P = 0,8857

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) = 0,96 = 0,5314
P(X = 1) = 6·0,1·0,95 = 0,3543

Addieren

P = 0,5314 + 0,3543 = 0,8857

Antwort

P = 0,8857
13.Normalverteilung

Antwort: P = 0,3526

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 = (246,25 − 250)/5 = −0,75
z₂ = (251 − 250)/5 = 0,2

Fläche dazwischen

P = Φ(0,2) − Φ(−0,75) = 0,5793 − 0,2266 = 0,3526

Antwort

P = 0,3526
14.Normalverteilung

Antwort: x = 189,5 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) = 0,95 → z = 1,645

Zurück zu x

x = 178 + 1,645·7 = 189,51 cm

Antwort

x = 189,51 cm
15.Konfidenzintervalle

Antwort: untere Grenze = 0,489 h

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.

Punktschätzer

x̄₁ − x̄₂ = 149 − 144 = 5

Standardfehler

SE = √(12²/60 + 16²/50) = 2,742

Fehlermarge

E = 1,645·2,742 = 4,511

Intervall

5 ± 4,511 → [0,489, 9,511]

Antwort

untere Grenze = 0,489 h

Das Intervall enthält die 0 nicht, die Mittelwerte unterscheiden sich also signifikant.

16.Konfidenzintervalle

Antwort: n = 2655

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 = 2,576²·0,5·0,5/0,025² = 2654

Aufrunden

n = 2655

Antwort

n = 2655
17.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: t = −2,598

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 = 10/√36 = 10/6 = 1,667

Teststatistik

t = (70,67 − 75)/1,667 = −2,598

Antwort

t = −2,598
t0,025; df = 35 = 2,03

|t| > 2,03, also wird H₀ auf dem 5-%-Niveau (zweiseitig) verworfen.

18.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: z = 1,908

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 = 90/200 = 0,45
p̂₂ = 41/120 = 0,3417
p̂ = 131/320 = 0,4094

Standardfehler unter H₀

SE = √(0,4094·0,5906·(1/200 + 1/120)) = 0,05678

Teststatistik

z = (0,45 − 0,3417)/0,05678 = 1,908

Antwort

z = 1,908

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

19.Lineare Regression und Korrelation

Antwort: r² = 0,9558

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 = 138/6 = 23
ȳ = 825/6 = 137,5

Quadrat- und Produktsummen

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 405
Syy = Σ(y − ȳ)² = 2452

Bestimmtheitsmaß

r² = 405²/(70·2452) = 0,9558

Antwort

r² = 0,9558

Etwa 95,58 % der Streuung von y werden durch die Gerade erklärt.

20.Lineare Regression und Korrelation

Antwort: ŷ = 70,75

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 = 30/5 = 6
ȳ = 329/5 = 65,8

Quadrat- und Produktsummen

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 198

Regressionsgerade

b = 198/40 = 4,95
a = 65,8 − 4,95·6 = 36,1
ŷ = 36,1 + 4,95·x

Vorhersage

ŷ = 36,1 + 4,95·7 = 70,75

Antwort

ŷ = 70,75

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