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 = ?€20 000

Du brauchst €20 000 in 6 Jahren. Ein Konto bringt 5 % pro Jahr bei vierteljährlicher Verzinsung. Wie viel musst du heute einzahlen? Bestimme den Barwert PV.

FV = €20 0005% / 4n = 6
PV = €
2.Zeitwert des GeldesSchwer
Monate0123…36€25 000A?AAA

Ein Darlehen von €25 000 wird über 3 Jahre in gleichen Monatsraten zurückgezahlt. Der Zinssatz beträgt 3,6 % pro Jahr bei monatlicher Verzinsung. Bestimme die Monatsrate A.

P = €25 0003,6% / 12N = 36
A = €
3.Kapitalwert & interner ZinsfußMittel
Jahre01234−30 00012 00010 00010 00013 000

Eine Investition von €30 000 bringt am Ende der Jahre 1 bis 4 diese Zahlungen: €12 000, €10 000, €10 000, €13 000. Die Kapitalkosten betragen 7,000000000000001 %. Bestimme den Kapitalwert NPV.

r = 7,000000000000001%CF0 = −30 000CF1 = 12 000CF2 = 10 000CF3 = 10 000CF4 = 13 000
NPV = €
4.Kapitalwert & interner ZinsfußSchwer
Jahre01234−200 00055 000+2%+2%+2%r = 12%, NPV = ?

Ein Projekt kostet heute €200 000. Seine Zahlung beträgt €55 000 am Ende von Jahr 1 und wächst um 2 % pro Jahr bis zur letzten Zahlung am Ende von Jahr 4. Die Kapitalkosten betragen 12 %. Bestimme den Kapitalwert NPV.

C0 = €200 000CF1 = €55 000g = 2%n = 4r = 12%
NPV = €
5.Anleihekurs & RenditeMittel
Halbjahre0123…10€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 5 Jahren fällig. Die Rendite bis zur Fälligkeit beträgt 3,5% pro Jahr. Bestimme den Kurs P der Anleihe.

F = €1 000Kuponsatz = 8%YTM = 3,5%n = 5
P = €
6.Anleihekurs & RenditeSchwer
Halbjahre0123…20€1 132€20€20€20 + €1 000

Eine Anleihe mit einem Nennwert von €1 000 zahlt einen jährlichen Kupon von 4% in zwei Halbjahresraten und wird in 10 Jahren fällig. Sie wird für €1 132 verkauft. Bestimme ihre Rendite bis zur Fälligkeit YTM als Jahreszins (das Doppelte der Halbjahresrendite) in Prozent.

F = €1 000Kuponsatz = 4% (2×)n = 10P = €1 132
YTM = %
7.CAPM & WACCMittel
WACC = ?Eigenkapital€4 000 000re​ = 9%Fremdkapital€3 000 000rd​ = 7%T = 21%

Ein Unternehmen hat Eigenkapital im Wert von €4 000 000 und Fremdkapital im Wert von €3 000 000. Seine Eigenkapitalkosten betragen 9%, seine Fremdkapitalkosten vor Steuern 7% und der Steuersatz 21%. Bestimme den WACC.

E = €4 000 000D = €3 000 000re = 9%rd = 7%T = 21%
WACC = %
8.CAPM & WACCSchwer
rf​ = 4%, rm​ − rf​ = 4,5%D/E = 0,25EigenkapitalβL​ = 1,5FremdkapitalD/E = 0,6Eigenkapitalre​ = ?FremdkapitalT = 30%

Die Aktien eines Unternehmens haben beim aktuellen Verschuldungsgrad D/E von 0,25 ein Beta von 1,5. Es plant, den Verschuldungsgrad auf 0,6 zu erhöhen. Der Steuersatz beträgt 30%, der risikolose Zinssatz 4% und die Marktrisikoprämie 4,5%. Bestimme die Eigenkapitalkosten re nach der Änderung.

βL = 1,5D/E1 = 0,25D/E2 = 0,6T = 30%rf = 4%rm − rf = 4,5%
re = %
9.Beschreibende StatistikMittel
152025303540455055

Bestimme die Stichproben-Standardabweichung s der Daten: 28, 32, 56, 14, 15.

n = 5
s =
10.Beschreibende StatistikSchwer
z −2−1012

Eine Größe ist normalverteilt mit Mittelwert 100 und Standardabweichung 12. Welcher Anteil P der Werte liegt unter 124?

μ = 100σ = 12x = 124
P =
11.WahrscheinlichkeitMittel
xp(x)00,210,2520,2530,3μ = 1,65

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

x: 0, 1, 2, 3p(x): 0,2, 0,25, 0,25, 0,3
Var(X) =
12.WahrscheinlichkeitSchwer
€p(x)−10,7420,25490,01

Ein Spiel kostet €1 Einsatz. Du gewinnst €3 mit der Wahrscheinlichkeit 0,25 und €50 mit der Wahrscheinlichkeit 0,01; sonst gewinnst du nichts. Der Einsatz wird nicht zurückgegeben. Bestimme den erwarteten Nettogewinn E(G) pro Spiel.

Einsatz = €1€3: p = 0,25€50: p = 0,01
E(G) = €
13.NormalverteilungMittel
245,25259P = ?

Die Gewichte von Beuteln sind normalverteilt mit dem Mittelwert 250 g und der Standardabweichung 5 g. Welcher Anteil liegt zwischen 245,25 und 259 g? Gib P als Dezimalzahl an.

μ = 250σ = 5x1 = 245,25x2 = 259
P =
14.NormalverteilungSchwer
μ = 178x = ?75%

Die Körpergrößen erwachsener Männer sind normalverteilt mit dem Mittelwert 178 cm und der Standardabweichung 7 cm. Bestimme den Wert x, unter dem 75 % von ihnen liegen (das 75. Perzentil).

μ = 178σ = 7P = 75%
x = cm
15.KonfidenzintervalleMittel
μ₁ − μ₂0LUx̄₁ − x̄₂E = ?99%

Die Akkulaufzeit zweier Handymodelle wird verglichen. Modell 1: 60 Handys, Mittelwert 115 h, bekannte Standardabweichung 10 h. Modell 2: 60 Handys, Mittelwert 126,5 h, bekannte Standardabweichung 4 h. Bestimme die Fehlermarge E des 99-%-Konfidenzintervalls für μ₁ − μ₂.

n₁ = 60x̄₁ = 115 hσ₁ = 10 hn₂ = 60x̄₂ = 126,5 hσ₂ = 4 h99%
E = h
16.KonfidenzintervalleSchwer
n = 11σ = ?Us = 8,895%

Die Durchmesser von 11 gefertigten Wellen haben eine Stichprobenstandardabweichung von 8,8 µm. Bestimme unter der Annahme normalverteilter Durchmesser die untere Grenze σ des 95-%-Konfidenzintervalls für die Standardabweichung der Grundgesamtheit. Bei df = 10 liegen 2,5 % der χ²-Verteilung unter 3,247 und 2,5 % über 20,483.

n = 11s = 8,8 µmχ² = 3,247, 20,483
σ = µm
17.Hypothesentests & KonfidenzintervalleMittel
t −1,98401,984

Eine Stichprobe von 100 Studierenden hat einen mittleren Punktwert von 198,9 und eine Stichproben-Standardabweichung von 8. Bestimme die Teststatistik t für H₀: μ = 200.

μ₀ = 200x̄ = 198,9s = 8n = 100
t =
18.Hypothesentests & KonfidenzintervalleSchwer
z −1,64501,645

Eine Stichprobe von 49 Messungen hat den Mittelwert 48,9. Die Standardabweichung der Grundgesamtheit ist 5. Bestimme die obere Grenze U des 90-%-Konfidenzintervalls für den Mittelwert.

x̄ = 48,9σ = 5n = 4990%
U =
19.Lineare Regression und KorrelationMittel
xy2564766888981011812131xy51050100

Die Tabelle enthält 6 Wertepaare von x = Lernstunden und y = Prüfungspunkte. Ihre Summen sind gegeben. Bestimme daraus den Korrelationskoeffizienten nach Pearson r.

n = 6Σx = 42Σy = 567Σx² = 364Σy² = 57345Σxy = 4480
r =
20.Lineare Regression und KorrelationSchwer
xy1871218624106271283013833145xy202530100150x = 22,5

Die Tabelle enthält 6 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 (22,5, 99) wird gemacht. Bestimme ihr Residuum e = y − ŷ.

n = 6(22,5, 99)
e =

3Lösungen

1.Zeitwert des Geldes

Antwort: PV = 14844 €

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 = 0,05/4 = 0,0125
N = 4·6 = 24

Barwert

PV = FV/(1 + i)N = 20 000/1,347 = €14 843,94

Antwort

PV = €14 843,94
2.Zeitwert des Geldes

Antwort: A = 733,7 €

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 = 0,036000000000000004/12 = 0,003
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 = 0,8978
A = 25 000·0,003/(1 − 0,8978) = €733,66

Antwort

A = €733,66
3.Kapitalwert & interner Zinsfuß

Antwort: NPV = 8030 €

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 = −30 000
CF1/(1 + 0,07)1 = 12 000/1,07 = 11 214,95
CF2/(1 + 0,07)2 = 10 000/1,145 = 8 734,39
CF3/(1 + 0,07)3 = 10 000/1,225 = 8 162,98
CF4/(1 + 0,07)4 = 13 000/1,311 = 9 917,64

Addieren

NPV = €8 029,96

Antwort

NPV = €8 029,96

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

4.Kapitalwert & interner Zinsfuß

Antwort: NPV = −28348 €

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 der wachsenden Rente

((1,02)/(1,12))4 = 0,6879
PV = 55 000/(0,12 − 0,02)·(1 − 0,6879) = 171 652,14

NPV

NPV = 171 652,14 − 200 000 = −€28 347,86

Antwort

NPV = −€28 347,86

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

5.Anleihekurs & Rendite

Antwort: P = 1205 €

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 = 0,0175, N = 10

Barwert der Kupons

€40,00·(1 − 0,8407)/0,0175 = €364,05

Barwert des Nennwerts

€1 000·0,8407 = €840,73

Kurs

P = €1 204,78

Antwort

P = €1 204,78

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

6.Anleihekurs & Rendite

Antwort: YTM = 2,5 %

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 = €20,00, N = 20

Numerisch lösen

i = 1,25% pro Halbjahr

YTM

YTM = 2·1,25% = 2,5%

Antwort

YTM = 2,5%
7.CAPM & WACC

Antwort: WACC = 7,513 %

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 = 0,5714, D/V = 0,4286

WACC

WACC = 0,5714·9% + 0,4286·7%·(1 − 0,21) = 7,513%

Antwort

WACC = 7,513%
8.CAPM & WACC

Antwort: re = 12,16 %

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 + 0,7·0,25) = 1,277

Beim neuen D/E wieder verschulden

βL = 1,277·(1 + 0,7·0,6) = 1,813

Eigenkapitalkosten (CAPM)

re = 4% + 1,813·4,5% = 12,16%

Antwort

re = 12,16%
9.Beschreibende Statistik

Antwort: s = 17,03

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 = 145/5 = 29

Quadrierte Abweichungen

Σ(x − x̄)² = (−1)² + 3² + 27² + (−15)² + (−14)² = 1160

Standardabweichung

s = √(1160/4) = 17,03

Antwort

s = 17,03
10.Beschreibende Statistik

Antwort: P = 0,9772

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) = 0,9772
P = 0,9772

Antwort

P = 0,9772
11.Wahrscheinlichkeit

Antwort: Var(X) = 1,228

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 = 0·0,2 + 1·0,25 + 2·0,25 + 3·0,3 = 1,65

Mittelwert der Quadrate

E(X²) = 0·0,2 + 1·0,25 + 4·0,25 + 9·0,3 = 3,95

Varianz

Var(X) = 3,95 − 1,65² = 1,228

Antwort

Var(X) = 1,228
12.Wahrscheinlichkeit

Antwort: E(G) = 0,25 €

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: 2 (p = 0,25), 49 (p = 0,01), −1 (p = 0,74)

Erwartungswert

E(G) = 2·0,25 + 49·0,01 − 1·0,74 = 0,25 €

Antwort

E(G) = 0,25 €

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

13.Normalverteilung

Antwort: P = 0,793

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 = (245,25 − 250)/5 = −0,95
z₂ = (259 − 250)/5 = 1,8

Fläche dazwischen

P = Φ(1,8) − Φ(−0,95) = 0,9641 − 0,1711 = 0,793

Antwort

P = 0,793
14.Normalverteilung

Antwort: x = 182,7 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) = 0,75 → z = 0,6745

Zurück zu x

x = 178 + 0,6745·7 = 182,72 cm

Antwort

x = 182,72 cm
15.Konfidenzintervalle

Antwort: E = 3,582 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 = 115 − 126,5 = −11,5

Standardfehler

SE = √(10²/60 + 4²/60) = 1,39

Fehlermarge

E = 2,576·1,39 = 3,582

Antwort

E = 3,582 h

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

16.Konfidenzintervalle

Antwort: σ = 6,149 µm

Intervall für eine Varianz: (n − 1)s²/σ² ist χ²-verteilt mit n − 1 Freiheitsgraden. Das 95-%-Intervall für σ² reicht von (n − 1)s² geteilt durch den oberen χ²-Wert (2,5 % darüber) bis (n − 1)s² geteilt durch den unteren χ²-Wert (2,5 % darunter); das Intervall für σ ist die Wurzel beider Grenzen. Es ist nicht symmetrisch um s.

Quadratsumme

(n − 1)s² = 10·8,8² = 774,4

Grenzen für σ²

774,4/20,483 = 37,81
774,4/3,247 = 238,5

Grenze für σ

σ = √37,81 = 6,149 µm

Antwort

σ = 6,149 µm

95-%-Intervall für σ: [6,149, 15,44] µm.

17.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: t = −1,375

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/√100 = 8/10 = 0,8

Teststatistik

t = (198,9 − 200)/0,8 = −1,375

Antwort

t = −1,375
t0,025; df = 99 = 1,984

|t| < 1.984, also wird H₀ auf dem 5-%-Niveau (zweiseitig) nicht verworfen.

18.Hypothesentests & Konfidenzintervalle

Antwort: U = 50,07

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).

Fehlermarge

E = 1,645·5/√49 = 1,175

Intervallgrenze

U = 48,9 + 1,175 = 50,07

Antwort

U = 50,07
19.Lineare Regression und Korrelation

Antwort: r = 0,9956

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 = 4480 − 42·567/6 = 511
Sxx = 364 − 42²/6 = 70
Syy = 57345 − 567²/6 = 3764

Korrelationskoeffizient

r = 511/√(70·3764) = 0,9956

Antwort

r = 0,9956
20.Lineare Regression und Korrelation

Antwort: e = 2,324

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 = 153/6 = 25,5
ȳ = 674/6 = 112,3

Quadrat- und Produktsummen

Sxx = Σ(x − x̄)² = 157,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 822

Regressionsgerade

b = 822/157,5 = 5,219
a = 112,3 − 5,219·25,5 = −20,75
ŷ = −20,75 + 5,219·x

Vorhergesagter Wert

ŷ = −20,75 + 5,219·22,5 = 96,68

Residuum

e = 99 − 96,68 = 2,324

Antwort

e = 2,324

Der Punkt liegt über der Geraden.

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