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Leitfäden und Tipps
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Klausur Statistik (7,5 ECTS) Aufgaben und Lösung, Zusammenfassungen von Statistik

Im Großhandel weiß man, dass die Wahrscheinlichkeit für eine Orange in schlechtem. Zustand P(s) = 30% beträgt. Außerdem werden die Orangen mit einer ...

Art: Zusammenfassungen

2021/2022

Hochgeladen am 28.06.2022

Ina_Schwarzgruber
Ina_Schwarzgruber 🇩🇪

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Klausur Statistik (7,5 ECTS)
Aufgaben und L¨
osung
Name Pr¨
ufer Prof. Dr. I. Klein
Vorname Arbeitszeit Donnerstag, 26.02.2015
Matrikelnummer 14:00 - 16:00 Uhr
Studienrichtung Sitzplatznummer
Semesterzahl Raum
Email (optional)
Hinweise: Aufgabenbl¨
atter nicht auseinandertrennen!
Ergebnis:
Statistik
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Unterschrift des Kandidaten:
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Klausur Statistik (7,5 ECTS)

Aufgaben und L¨osung

Name Pr¨ufer Prof. Dr. I. Klein Vorname (^) Arbeitszeit Donnerstag, 26.02. Matrikelnummer 14:00 - 16:00 Uhr Studienrichtung Sitzplatznummer Semesterzahl Raum Email (optional)

Hinweise: Aufgabenbl¨atter nicht auseinandertrennen!

Ergebnis:

Statistik Aufgabe Punkte 1 2 3 4 Summe Note: Unterschrift des Kandidaten:

Unterschrift des Pr¨ufers:

Hilfsmittel: Es gelten folgende Regelungen zu den erlaubten Hilfsmitteln: ˆ Nicht programmierbarer Taschenrechner

ˆ Die vom Lehrstuhl seit dem WS 2014/15 offiziell herausgegebene Formelsammlung (DIN A5, gebunden, orangener Umschlag). Es sind prinzipiell keine weiteren Eintragungen oder Markierungen darin erlaubt. Ausgenommen sind farbliche Hinterlegungen von Textpassagen und/oder Formeln und vom Lehrstuhl autorisierte Fehlerkorrekturen

ˆ R Reference Card von Jonathan Baron, es sind keine weiteren Eintragungen oder Markierungen darin erlaubt

Bewertung: F¨ur jede Aufgabe werden maximal zehn Punkte vergeben. Bewertet werden grunds¨atzlich nur L¨osungen, die im L¨osungsteil stehen und f¨ur die Folgendes beachtet wird: ˆ Der L¨osungsweg muss aus einer Darstellung der einzelnen Rechenschritte ersichtlich sein.

ˆ Antworten sind stets zu begr¨unden, es sei denn es wird aus- dr¨ucklich keine Begr¨undung verlangt.

ˆ Unleserliche Aufgabenteile werden mit 0 Punkten bewertet.

Viel Erfolg!

Im Großhandel weiß man, dass die Wahrscheinlichkeit f¨ur eine Orange in schlechtem Zustand P (s) = 30% betr¨agt. Außerdem werden die Orangen mit einer Wahrscheinlichkeit von P (I) = 80% aus Italien und mit einer Wahrscheinlichkeit von P (B) = 20% aus Brasilien geliefert. Die Wahrscheinlichkeit, dass eine Orange, die aus Brasilien kommt, in schlechtem Zustand ist betr¨agt 0.35.

  1. Uberpr¨¨ ufen Sie, ob die Ereignisse, eine Orange in schlechtem Zustand und eine Orange aus Brasilien zu erhalten, stochastisch unabh¨angig sind.

Nun zieht ein Einzelh¨andler eine Stichprobe von 100 Orangen. Insgesamt hat er 27 Oran- gen in schlechtem Zustand gefunden. Nehmen Sie an, dass die jeweiligen Z¨uge der Stich- probe voneinander unabh¨angig sind.

  1. Berechnen Sie das realisierte, approximative 95%-Konfidenzintervall f¨ur die Erfolgs- wahrscheinlichkeit p, Orangen in schlechtem Zustand zu bekommen.

Sie ziehen nun selbst zuf¨allig eine Orange aus einer Kiste mit 20 Orangen und ¨uberpr¨ufen, ob diese in gutem oder schlechtem Zustand ist.

  1. Wie nennt sich ein solches Experiment?
  1. Die Stichprobe mit der Anzahl der Orangen in schlechtem Zustand in einer Kiste (X) folgt einer Binomialverteilung mit den Parametern n = 20 und p = 0.3.

a) Mit welcher Wahrscheinlichkeit befinden sich in einer Kiste genau 10 Orangen in schlechtem Zustand?

b) Insgesamt betrachten Sie 40 Orangen. Mit welcher Wahrscheinlichkeit sind ge- nau 17 Orangen in schlechtem Zustand?

c) Mit welcher Wahrscheinlichkeit sind in einer Kiste h¨ochstens 18 Orangen in gutem Zustand?

d) Geben Sie den Erwartungswert und die Varianz der Anzahl der Orangen in gutem Zustand bei einer Lieferung von 100 Orangen an.

Aufgabe 2

Zur Wahl des Staatsoberhauptes schlagen die zwei gr¨oßten Parteien jeweils einen sympa- thischen Kandidaten vor. John A. m¨ochte die Beliebtheit dieser Kandidaten in der Bev¨olkerung untersuchen. Dazu nutzt er Daten eines Forschungsinstituts, das 72 zuf¨allig ausgew¨ahlte Personen befragte, wie sich deren jeweilige Sympathie auf die beiden Kandidaten aufteilt.

Befragter Sympathieanteil Sympathieanteil Alter des Befragten Kandidat 1 Kandidat 2 in Jahren i vi wi ui 1 0.1 0.9 60 2 0.5 0.5 19 3 0.4 0.6 53 4 0.7 0.3 39 ... ... ... ... 72 0.6 0.4 24

Tabelle 1: Auszug aus der Urliste, die John A. f¨ur seine Untersuchungen heranzieht.

  1. Wie alt ist Befragter 72?
  2. Welchen Kandidaten bevorzugt Befragter 4?
  3. Welchen Merkmalstyp hat das Merkmal ”Alter des Befragten in Jahren“? Geben Sie ein geeignetes Streuungsmaß an.

John A. vermutet, dass Kandidat 1 bei den Befragten unter 50 Jahren beliebter ist, als bei denen ab 50 Jahren. Dies soll mittels eines Mittelwertdifferenzentests ¨uberpr¨uft werden. Die Normalverteilungsannahme st¨ort John A. bei der Analyse, u.a. weil Anteilswerte nur Werte im Intervall [0, 1] annehmen k¨onnen. Um dennoch den Test durchf¨uhren zu k¨onnen, sollen die Daten transformiert werden. Dazu m¨ussen zun¨achst die geometrischen Mittel der Sympathieanteile f¨ur jeden Befragten gebildet werden.

  1. Berechnen Sie das geometrische Mittel der Sympathieanteile v 1 und w 1 , die Befragter 1 angegeben hat.

Die Abbildungsvorschrift der zu verwendenden Transformation lautet:

(vi, wi) 7 → ln

( (^) v √ i viwi

wobei √viwi = g(vi, wi) das geometrische Mittel von vi und wi ist.

  1. Das geometrische Mittel der Sympathieanteile, die der Befragte 2 vergeben hat, betr¨agt g(v 2 , w 2 ) = 0.5, das der Sympathieanteile, die der Befragte 3 vergeben hat g(v 3 , w 3 ) = 0.4898. Transformieren Sie die Sympathieanteile der Befragten 2 und 3.
  1. Bei der Wahl des Staatsoberhaupts teilen sich die W¨ahler in zwei Gruppen. Gruppe A steht der Partei nahe, die Kandidat 1 vorgeschlagen hat. Gruppe B steht der Partei nahe, die Kandidat 2 vorgeschlagen hat. Folgende Angaben sind bekannt: 57% der W¨ahler geh¨oren zu Gruppe A. Von diesen stimmen 83% f¨ur Kandidat 1. Von Gruppe B stimmen 96% f¨ur Kandidat 2. a) Stellen Sie den Sachzusammenhang in einer vollst¨andig ausgef¨ullten 4-Feldertafel dar.

b) Welcher Anteil der W¨ahler, von denen man weiß, dass sie Kandidat 2 gew¨ahlt haben, kommt aus Gruppe A?

c) Welcher Kandidat bekommt die meisten Stimmen?

c) F¨ur welche Verteilung nimmt die Gini-Entropie ihren Maximalwert und f¨ur welche ihren Minimalwert an? Wie lauten diese beiden Werte?

Im Rahmen einer Markterhebung werden in der Stadt N (j = 1) insgesamt n 1 = 780 und in der Stadt M (j = 2) insgesamt n 2 = 1350 Personen zuf¨allig ausgew¨ahlt und befragt, welche Biersorte sie bevorzugen (Mehrfachnennungen sind ausgeschlossen). Dabei stellt sich folgendes Befragungsergebnis in den Stichproben ein:

Rotbier(b 1 ) Pils(b 2 ) Helles(b 3 ) Radler(b 4 ) Weizen(b 5 ) n 1 i 195 78 273 78 156 n 2 i 135 202 486 122 405

Sei hierbei nji (pji) die H¨aufigkeit (Wahrscheinlichkeit), mit der in der Stadt j die i-te Biersorte bevorzugt wird.

  1. Geben Sie - ohne Herleitung - den Wert des Maximum-Likelihoodsch¨atzers der Wahrscheinlichkeit p 11 (dass eine befragte Person in N Rotbier bevorzugt) an.

Verwenden Sie f¨ur alle weiteren Rechnungen folgende Sch¨atzwerte - auch wenn Sie andere Werte bestimmt haben:

Rotbier(b 1 ) Pils(b 2 ) Helles(b 3 ) Radler(b 4 ) Weizen(b 5 ) p 1 i 0.26 0.09 0.37 0.09 0. p 2 i 0.08 0.17 0.39 0.08 0.

  1. Wie groß ist die gesch¨atzte Wahrscheinlichkeit, dass

a) eine Person in N Pils bevorzugt?

b) eine Person in M Rotbier oder Radler bevorzugt?

c) eine Person aus N kommt und Weizen bevorzugt?

  1. Geben Sie den Maximum-Likelihoodsch¨atzer der Gini-Entropie sowie dessen Wert f¨ur die Stadt N an.

Verwenden Sie f¨ur alle weiteren Berechnungen die folgenden Sch¨atzwerte - auch wenn Sie andere Werte bestimmt haben:

H 2 (ˆp 1 ) = 0. 7632 und H 2 (ˆp 2 ) = 0. 7478

  • Schmierpapier zu Aufgabe
  • Schmierpapier zu Aufgabe
  • Schmierpapier zu Aufgabe

Aufgabe 4

Teil I:

  1. Sie beobachten nachstehende t¨agliche Renditen von Aktie A. Zur Erinnerung: T¨ag- liche Renditen sind t¨agliche Wachstumsraten.

Tag i 1 2 3 4 5 Aktie A -0.01 -0.01 0.02 0.03 0.

Nehmen Sie an, Sie h¨atten zum Beginn von Tag 1 insgesamt 100 EUR in Aktie A investiert. Welchen Wert hat Ihre Investition in Aktie A am Ende von Tag 5?

  1. Sie investieren zu Beginn von Tag 1 je 100 EUR in Aktie A und Aktie B. Nach 100 Tagen betr¨agt der Wert Ihrer Investition in Aktie A und Aktie B insgesamt 300 EUR. Berechnen Sie die durchschnittliche Wachstumsrate pro Tag f¨ur die gesamte Investitionssumme.
  2. Ein Anleger entscheidet sich f¨ur eine Investition in eine Aktie. In drei aufeinanderfol- genden Jahren kauft er Anteile dieser Aktie. Er investiert 100 EUR im ersten Jahr, 200 EUR im zweiten Jahr und 300 EUR im dritten Jahr. Der Preis pro Anteil be- tr¨agt 20 EUR im ersten Jahr, 25 EUR im zweiten Jahr und 50 EUR im dritten Jahr. Berechnen Sie den durchschnittlichen Preis pro Anteil f¨ur den gesamten Zeitraum.

b) Rechnen Sie jetzt mit einem Wert f¨ur die realisierte Pr¨ufgr¨oße von 0.254 weiter. Bestimmen Sie den zugeh¨origen p-Wert.

c) Arbeiten Sie jetzt mit einem p-Wert von 0.5 weiter. Treffen Sie die Testentscheidung und begr¨unden Sie diese.

Teil IV:

Im Folgenden seien drei Zufallsvariablen definiert:

X: (^) ”T¨agliche Rendite von Aktie Alpha“, wobei X ∼ N (μX , σ^2 X ) Y : (^) ”T¨agliche Rendite von Aktie Beta“, wobei Y ∼ N (μY , σ^2 Y ) S: (^) ”Differenz der t¨aglichen Renditen von Aktie Alpha und Aktie Beta“, also S = X − Y

Die Korrelation zwischen den Zufallsvariablen X und Y betrage ρXY.

  1. Wie lautet der Erwartungswert der Zufallsvariablen S? Geben Sie Ihr Ergebnis in Abh¨angigkeit von μX , μY , σX , σY und ρXY an.
  2. Wie lautet die Varianz der Zufallsvariablen S? Geben Sie Ihr Ergebnis in Abh¨an- gigkeit von μX , μY , σX , σY und ρXY an. F¨ur welchen Wert von ρXY wird dieser Ausdruck minimal?
  1. Sie vermuten, dass die Korrelation der t¨aglichen Renditen der Aktien Alpha und Beta gr¨oßer ist als 0.8. Sie m¨ochten diese Vermutung mit einem geeigneten Hy- pothesentest auf dem 5%-Niveau ¨uberpr¨ufen. Daf¨ur betrachten Sie die Renditen X 1 , X 2 , ..., X 250 sowie Y 1 , Y 2 , ..., Y 250 der letzten 250 Tage als bivariate Zufallsstich- probe. Sie stellen folgende Hypothesen auf:

H 0 : ρ ≤ ρ 0 = 0. 8 gegen H 1 : ρ > ρ 0 = 0. 8

Nehmen Sie an, dass die Zufallsvariablen X und Y bivariat normalverteilt sind.

a) Bestimmen Sie die realisierte Pr¨ufgr¨oße. F¨ur die bivariate Stichprobe mit einem Umfang von 250 Tagen haben Sie bereits ermittelt, dass R = 0.88 ist.

b) Bestimmen Sie den Wert der kritischen Schranke.

c) Rechnen Sie nun mit einer realisierten Pr¨ufgr¨oße von 4.0 weiter. Treffen Sie die Testentscheidung und begr¨unden Sie diese.