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…19PV = ?€1 500€1 500€1 500€1 500

Eine Rente zahlt am Ende jedes Jahres €1 500, 19 Jahre lang. Der Zinssatz beträgt 7 % pro Jahr. Bestimme den Barwert PV der Rente.

A = €1 500i = 7%n = 19
PV = €
2.Zeitwert des GeldesSchwer
Monate0123…60€12 000A?AAA

Ein Darlehen von €12 000 wird über 5 Jahre in gleichen Monatsraten zurückgezahlt. Der Zinssatz beträgt 4,2 % pro Jahr bei monatlicher Verzinsung. Bestimme die Monatsrate A.

P = €12 0004,2% / 12N = 60
A = €
3.Kapitalwert & interner ZinsfußMittel
Jahre01234567€40 000€2 000€2 000€2 000€2 000€2 000€2 000€2 000r = 8%, EAC = ?

Eine Maschine kostet heute €40 000, hält 7 Jahre und verursacht €2 000 Betriebskosten pro Jahr (am Ende jedes Jahres gezahlt). Die Kapitalkosten betragen 8 %. Bestimme ihre äquivalenten jährlichen Kosten EAC.

C0 = €40 000M = €2 000n = 7r = 8%
EAC = €
4.Kapitalwert & interner ZinsfußSchwer
Jahre01234−20 00011 0009 00012 0006 000

Ein Projekt kostet €20 000 und bringt am Ende der Jahre 1 bis 4 jeweils €11 000, €9 000, €12 000, €6 000. Die Zahlungen können zu den Kapitalkosten von 10 % wieder angelegt werden. Bestimme den modifizierten internen Zinsfuß MIRR in Prozent.

r = 10%CF0 = −20 000CF1 = 11 000CF2 = 9 000CF3 = 12 000CF4 = 6 000
MIRR = %
5.Anleihekurs & RenditeMittel
Jahre0123…15€658C = ?C = ?C = ? + €1 000

Eine Anleihe mit einem Nennwert von €1 000 wird in 15 Jahren fällig und zahlt jährliche Kupons. Sie wird bei einer Rendite bis zur Fälligkeit von 8% für €658 verkauft. Bestimme den Kuponsatz c in Prozent.

F = €1 000n = 15P = €658YTM = 8%
c = %
6.Anleihekurs & RenditeSchwer
Jahre012345€1 045€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 €1 045. Bestimme ihre Rendite bis zur Fälligkeit YTM in Prozent.

F = €1 000Kuponsatz = 3%n = 5P = €1 045
YTM = %
7.CAPM & WACCMittel
WACC = ?Stammaktien€12 000 000re​ = 12%Vorzugsaktien€2 000 000rp​ = 6,5%Fremdkapital€4 000 000rd​ = 4,5%T = 28%

Ein Unternehmen ist finanziert mit Stammaktien im Wert von €12 000 000, Vorzugsaktien im Wert von €2 000 000 und Fremdkapital im Wert von €4 000 000. Die Eigenkapitalkosten betragen 12%, die Kosten der Vorzugsaktien 6,5% und die Fremdkapitalkosten vor Steuern 4,5%. Der Steuersatz beträgt 28%. Bestimme den WACC.

E = €12 000 000Ps = €2 000 000D = €4 000 000re = 12%rp = 6,5%rd = 4,5%T = 28%
WACC = %
8.CAPM & WACCSchwer
WACC = ?Eigenkapital4 000 000 × €35,00β = 0,6rf​ = 1%, rm​ = 5,5%Fremdkapital40 000 × €1 050rd​ = 4%T = 30%

Ein Unternehmen hat 4 000 000 Aktien zu je €35,00 und 40 000 Anleihen mit einem Kurs von je €1 050. Die Fremdkapitalkosten vor Steuern betragen 4% und der Steuersatz 30%. Das Beta der Aktie ist 0,6, der risikofreie Zinssatz 1% und die Marktrendite 5,5%. Bestimme den WACC.

β = 0,6rf = 1%rm = 5,5%rd = 4%T = 30%
WACC = %
9.Beschreibende StatistikMittel
30323436384042444648

Bestimme die Stichproben-Standardabweichung s der Daten: 49, 31, 35, 43, 30, 48.

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

Eine Größe ist normalverteilt mit Mittelwert 60 und Standardabweichung 12. Welcher Anteil P der Werte liegt unter 75?

μ = 60σ = 12x = 75
P =
11.WahrscheinlichkeitMittel
rot: 6blau: 3

Ein Beutel enthält 6 rote und 3 blaue Kugeln. Du ziehst zwei Kugeln, ohne die erste zurückzulegen. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit P, dass beide rot sind?

6 / 3
P =
12.WahrscheinlichkeitSchwer
n = 12, p = 0,1: P(X = 5) = ?k0123456789101112

Ein Test hat 12 Multiple-Choice-Fragen. Eine Studentin, die rät, beantwortet jede unabhängig mit Wahrscheinlichkeit 0,1 richtig. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit P für genau 5 richtige Antworten?

n = 12p = 0,1k = 5
P =
13.NormalverteilungMittel
−3−2−10123zschattierte Fläche rechts von z = 0,0594

Ziehe z so, dass die schattierte Fläche unter der Standardnormalverteilung rechts von z gleich 0,0594 ist. Bestimme z auf zwei Nachkommastellen.

A = 0,0594
z =
14.NormalverteilungSchwer
μ = 178x = ?25%

Die Körpergrößen erwachsener Männer sind normalverteilt mit dem Mittelwert 178 cm und der Standardabweichung 7 cm. Bestimme den Wert x, unter dem 25 % von ihnen liegen (das 25. Perzentil).

μ = 178σ = 7P = 25%
x = cm
15.KonfidenzintervalleMittel
n = 30, s = 14,5L = ?Ux̄ = 113E95%

Eine Stichprobe von 30 Elementen hat den Mittelwert 113 und die Standardabweichung s = 14,5. Die Grundgesamtheit ist annähernd normalverteilt. Bestimme die untere Grenze des 95-%-Konfidenzintervalls für den Mittelwert.

n = 30x̄ = 113s = 14,595%t(29) = 2,045
untere Grenze =
16.KonfidenzintervalleSchwer
σ = 11, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 0,595%

Die Standardabweichung der Grundgesamtheit ist 11. Wie groß muss die Stichprobe n sein, damit ein 95-%-Konfidenzintervall für den Mittelwert eine Fehlermarge von höchstens 0,5 hat?

σ = 11E = 0,595%
n =
17.Hypothesentests & KonfidenzintervalleMittel
t −2,06402,064

Eine Stichprobe von 25 Studierenden hat einen mittleren Punktwert von 72,84 und eine Stichproben-Standardabweichung von 12. Bestimme die Teststatistik t für H₀: μ = 75.

μ₀ = 75x̄ = 72,84s = 12n = 25
t =
18.Hypothesentests & KonfidenzintervalleSchwer
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 2,5α = 0,05βσ = 20, Teststärke 90%, n = ?

Ein einseitiger z-Test bei α = 0,05 soll eine Verschiebung des Mittelwerts um 2,5 Einheiten mit einer Teststärke von 90 % erkennen. Die Standardabweichung beträgt 20. Bestimme den Mindeststichprobenumfang n.

α = 0,05Teststärke = 90%δ = 2,5σ = 20zα = 1,645zβ = 1,282
n =
19.Lineare Regression und KorrelationMittel
xy25346668289710101xy5106080100

Die Tabelle enthält 5 Wertepaare von x = Lernstunden und y = Prüfungspunkte. Ihre Summen sind gegeben. Bestimme daraus den Korrelationskoeffizienten nach Pearson r.

n = 5Σx = 30Σy = 399Σx² = 220Σy² = 33499Σxy = 2648
r =
20.Lineare Regression und KorrelationSchwer
xy246352460568673xy246506070ŷ = 70

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 = 70 voraus?

n = 5ŷ = 70
x =

3Lösungen

1.Zeitwert des Geldes

Antwort: PV = 15503 €

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 − 0,2765)/0,07 = 10,34

Barwert

PV = 1 500·10,34 = €15 503,39

Antwort

PV = €15 503,39
2.Zeitwert des Geldes

Antwort: A = 222,1 €

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 = 12·5 = 60

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 = 0,8109
A = 12 000·0,0035/(1 − 0,8109) = €222,08

Antwort

A = €222,08
3.Kapitalwert & interner Zinsfuß

Antwort: EAC = 9683 €

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 − 1,08−7)/0,08 = 5,206

Annualisierter Kaufpreis

40 000/5,206 = 7 682,90

EAC

EAC = 7 682,90 + 2 000 = €9 682,90

Antwort

EAC = €9 682,90
4.Kapitalwert & interner Zinsfuß

Antwort: MIRR = 22,29 %

Modifizierter interner Zinsfuß: Zinse jede Einzahlung mit dem Wiederanlagezins (meist den Kapitalkosten) bis zum Projektende auf, um den Endwert TV zu erhalten. Der MIRR ist der Zinssatz, der die Anfangsinvestition in TV überführt: MIRR = (TV/C₀)^(1/n) − 1.

Endwert der Einzahlungen

11 000·1,13 = 14 641,00
9 000·1,12 = 10 890,00
12 000·1,11 = 13 200,00
6 000·1,10 = 6 000,00
TV = 44 731,00

MIRR

MIRR = (44 731,00/20 000)1/4 − 1 = 22,29%

Antwort

MIRR = 22,29%
5.Anleihekurs & Rendite

Antwort: c = 4,004 %

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 + 0,08)−15 = €315,24

Kupon

C = (658 − 315,24)/8,559 = €40,04

Kuponsatz

c = 40,04/1000 = 4,004%

Antwort

c = 4,004%
6.Anleihekurs & Rendite

Antwort: YTM = 2,044 %

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

€1 045 = €30·(1 − (1 + y)⁻⁵)/y + €1 000/(1 + y)⁵

Numerisch lösen

P(2%) = €1 047,13, P(3%) = €1 000,00
YTM = 2,044%

Antwort

YTM = 2,044%
7.CAPM & WACC

Antwort: WACC = 9,442 %

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 + 2 000 000 + 4 000 000 = €18 000 000
E/V = 0,6667, Ps/V = 0,1111, D/V = 0,2222

WACC

WACC = 0,6667·12% + 0,1111·6,5% + 0,2222·4,5%·(1 − 0,28) = 9,442%

Antwort

WACC = 9,442%
8.CAPM & WACC

Antwort: WACC = 3,492 %

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 = 4 000 000·€35,00 = €140 000 000
D = 40 000·€1 050 = €42 000 000

Eigenkapitalkosten (CAPM)

re = 1% + 0,6·4,5% = 3,7%

Gewichte

V = €182 000 000, E/V = 0,7692, D/V = 0,2308

WACC

WACC = 0,7692·3,7% + 0,2308·4%·(1 − 0,3) = 3,492%

Antwort

WACC = 3,492%
9.Beschreibende Statistik

Antwort: s = 8,454

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 = 236/6 = 39,33

Quadrierte Abweichungen

Σ(x − x̄)² = 9,667² + (−8,333)² + (−4,333)² + 3,667² + (−9,333)² + 8,667² = 357,3

Standardabweichung

s = √(357,3/5) = 8,454

Antwort

s = 8,454
10.Beschreibende Statistik

Antwort: P = 0,8944

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 = 1,25

Standardnormalverteilungstabelle

Φ(1,25) = 0,8944
P = 0,8944

Antwort

P = 0,8944
11.Wahrscheinlichkeit

Antwort: P = 0,4167

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 = 6/9 · 5/8 = 30/72 = 0,4167

Antwort

P = 0,4167
12.Wahrscheinlichkeit

Antwort: P = 0,003788

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.

Binomialformel

P(X = 5) = 792·0,15·0,97 = 792·1 × 10⁻⁵·0,4783 = 0,003788

Antwort

P = 0,003788
13.Normalverteilung

Antwort: z = 1,56

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 − 0,0594 = 0,9406

Die z-Tabelle rückwärts lesen

Finde 0,9406 in der Tabelle und lies z ab.

z = 1,56

Antwort

z = 1,56
14.Normalverteilung

Antwort: x = 173,3 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) = 0,25 → z = −0,6745

Zurück zu x

x = 178 + −0,6745·7 = 173,28 cm

Antwort

x = 173,28 cm
15.Konfidenzintervalle

Antwort: untere Grenze = 107,6

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 = 29, t = 2,045

Fehlermarge

E = 2,045·14,5/√30 = 5,414

Intervall

113 ± 5,414 → [107,6, 118,4]

Antwort

untere Grenze = 107,6
16.Konfidenzintervalle

Antwort: n = 1860

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 = (1,96·11/0,5)² = 1859

Aufrunden

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

n = 1860

Antwort

n = 1860
17.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: t = −0,9

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 = 12/√25 = 12/5 = 2,4

Teststatistik

t = (72,84 − 75)/2,4 = −0,9

Antwort

t = −0,9
t0,025; df = 24 = 2,064

|t| < 2.064, also wird H₀ auf dem 5-%-Niveau (zweiseitig) nicht verworfen.

18.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: n = 549

Stichprobenumfang für einen Test: Um eine wahre Verschiebung δ mit der Teststärke 1 − β in einem einseitigen z-Test zum Niveau α zu erkennen, muss der Standardfehler δ = (z_α + z_β)·σ/√n erfüllen, also n = ((z_α + z_β)·σ/δ)², aufgerundet.

Nach n auflösen

n = ((1,645 + 1,282)·20/2,5)² = 548,3

Aufrunden

n = 549

Antwort

n = 549
19.Lineare Regression und Korrelation

Antwort: r = 0,9861

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 = 2648 − 30·399/5 = 254
Sxx = 220 − 30²/5 = 40
Syy = 33499 − 399²/5 = 1659

Korrelationskoeffizient

r = 254/√(40·1659) = 0,9861

Antwort

r = 0,9861
20.Lineare Regression und Korrelation

Antwort: x = 5,457

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 = 20/5 = 4
ȳ = 299/5 = 59,8

Quadrat- und Produktsummen

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 70

Regressionsgerade

b = 70/10 = 7
a = 59,8 − 7·4 = 31,8
ŷ = 31,8 + 7·x

Nach x auflösen

x = (70 − 31,8)/7 = 5,457

Antwort

x = 5,457

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