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Statistik

Statistik ist in BWL, Psychologie, Wirtschaftsingenieurwesen und vielen anderen Fächern Pflicht. Hier übst du Kennzahlen, Konfidenzintervalle und Hypothesentests, bis jeder Schritt sitzt.

Kochrezept: Hypothesentest in fünf Schritten

  1. 1. Hypothesen aufstellen

    Was du zeigen willst, kommt in die Alternative H1. Die Nullhypothese H0 ist das Gegenteil und enthält immer das Gleichheitszeichen. Die Wörter der Aufgabe verraten die Seite:

    FrageH0H1Test
    „weicht ab“, „unterscheidet sich“μ = μ₀μ ≠ μ₀zweiseitig
    „größer“, „mehr“, „gestiegen“μ ≤ μ₀μ > μ₀rechtsseitig
    „kleiner“, „weniger“, „gesunken“μ ≥ μ₀μ < μ₀linksseitig
  2. 2. Testgröße berechnen

    Die Testgröße misst, wie weit der Stichprobenwert vom Wert unter H0 entfernt ist, in Standardfehlern. Für einen Mittelwert:

    σ bekannt: z = (x̄ − μ0) / (σ / √n)   ·   σ unbekannt: t = (x̄ − μ0) / (s / √n)

  3. 3. Kritischer Wert aus der Tabelle

    Zweiseitig teilst du α auf beide Seiten und nimmst das Quantil 1 − α/2. Einseitig liegt das ganze α auf einer Seite, also 1 − α. Beim t-Test brauchst du zusätzlich die Freiheitsgrade.

    z0,975 = 1,96  ·  z0,95 = 1,645  ·  z0,995 = 2,576  ·  t9; 0,975 = 2,262

  4. 4. Entscheidung

    Liegt die Testgröße im Ablehnbereich, lehnst du H0 ab. Mit dem kritischen Wert c heißt das: zweiseitig |T| > c, rechtsseitig T > c, linksseitig T < −c. Beim χ²-Test wird nur bei großen Werten abgelehnt.

  5. 5. Interpretation

    Schreib einen Antwortsatz in Worten: „Zum Niveau 5 % ist die mittlere Füllmenge signifikant kleiner als 500 ml.“ Wichtig: H0 nicht ablehnen heißt nicht, dass H0 stimmt. Die Daten reichen nur nicht für einen Nachweis.

Welcher Test passt?

Stell dir drei Fragen in dieser Reihenfolge. Erstens: Messwerte mit Mittelwert, ein ja/nein-Merkmal oder Kategorien? Zweitens: eine Stichprobe gegen einen festen Wert, zwei unabhängige Gruppen oder Paare? Drittens, bei Mittelwerten: Ist σ bekannt oder nur durch s geschätzt?

DatenSituationTestTestgröße
Messwerteeine Stichprobe gegen μ₀, σ bekanntGauß-Testz, Normalverteilung
Messwerteeine Stichprobe gegen μ₀, σ unbekanntEinstichproben-t-Testt, df = n − 1
Messwertezwei unabhängige GruppenZweistichproben-t-Testt, df = n₁ + n₂ − 2
MesswertePaare: dieselben Einheiten zweimal gemessent-Test für verbundene Stichprobent auf den Differenzen, df = n − 1
ja / neinein Anteil gegen p₀Test für einen Anteil (Binomialtest)z, Näherung für großes n
Kategorienein Merkmal gegen eine vorgegebene Verteilungχ²-Anpassungstestχ², df = k − 1 − m
Kategorienzwei Merkmale in einer Kreuztabelleχ²-Unabhängigkeitstestχ², df = (r − 1)(c − 1)

Typische Falle: „Vorher und nachher“, „Zwillinge“, „beide Reifen am selben Auto“ oder „zwei Prüfer bewerten dieselben Arbeiten“ sind Paare, auch wenn das Wort „verbunden“ fehlt. Und eine Standardabweichung aus der eigenen Stichprobe ist s, nicht σ.

Kennzahlen und Konfidenzintervalle

Stichprobenvarianz

Für die Stichprobenvarianz teilst du durch n − 1, nicht durch n. Die Standardabweichung s ist die Wurzel daraus. Median und Spannweite liest du aus der sortierten Liste ab.

s² = Σ (xi − x̄)² / (n − 1)

Intervall für den Erwartungswert μ

Schätzer plus und minus Quantil mal Standardfehler. Ist σ bekannt, nimmst du z, sonst t mit n − 1 Freiheitsgraden.

σ bekannt: x̄ ± z1−α/2 · σ / √n

σ unbekannt: x̄ ± tn−1; 1−α/2 · s / √n

Intervall für einen Anteil

Mit p̂ = k / n und der Faustregel n · p̂ · (1 − p̂) > 9 für die Normalnäherung:

p̂ ± z1−α/2 · √(p̂ (1 − p̂) / n)

Mindeststichprobenumfang

Soll die halbe Breite höchstens e sein, löst du nach n auf und rundest immer auf. Ohne Vorwissen über den Anteil rechnest du mit p = 0,5. Achtung: Die ganze Breite ist 2e.

n ≥ (z · σ / e)²   ·   n ≥ z² · p (1 − p) / e²

Lehrstühle schreiben Quantile unterschiedlich, etwa z0,975, u0,975 oder Φ⁻¹(0,975). In den Übungsrunden steht z(0,975) und t(9; 0,975): das 0,975-Quantil der Normalverteilung bzw. der t-Verteilung mit 9 Freiheitsgraden. In der Klausur zählt die Schreibweise deines Skripts.

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