Deskriptive Statistik: Konfidenzintervalle

Statistik: Übungen

Author

Prof. Dr. Armin Eichinger

Published

01.11.2023

1 Aufgabe

Die Größe von erwachsenen Männern ist normalverteilt (MW = 180 [cm], SD = 8 [cm]). Für eine zufällig ausgewählte Stichprobe von 50 Personen wurde deren Größe gemessen:

 [1] 176 178 192 181 181 194 184 170 175 176 190 183 183 181 176 194 184 164 186
[20] 176 171 178 172 174 175 167 187 181 171 190 183 178 187 187 187 186 184 180
[39] 178 177 174 178 170 197 190 171 177 176 186 179

Bestimmen Sie das 95 % Konfidenzintervall für den Mittelwert der Stichprobe.

Gehen Sie dazu so vor:

  1. Erzeugen Sie die Zufallszahlen mit Seed = 123. Zum Erzeugen der normalverteilten Zufallszahlen verwenden wir rnorm() (vgl. letzte Übung). Um ganzzahlige Werte zu bekommen, verwenden wir die Funktion round(). Sie erwartet als ersten Parameter die zu rundende Zahl (bzw. den entsprechenden Vektor); als zweiten Parameter die Anzahl der Nachkommastellen – hier: 0. Speichern Sie das Ergebnis in einer Variablen.
  2. Berechnen Sie den Mittelwert. Speichern Sie das Ergebnis in einer Variablen.
  3. Legen Sie den relevanten z-Wert in einer Variablen fest. Das können Sie mit Hilfe der Tabelle der SNV tun; alternativ verwenden Sie die Funktion qnorm().
  4. Berechnen Sie die Standardabweichung. Speichern Sie das Ergebnis in einer Variablen.
  5. Berechnen Sie den Standardfehler: Teilen Sie die Standardabweichung durch die Wurzel aus n. Verwenden Sie die Funktionen length(), um die Größe der Stichprobe zu ermitteln und sqrt() für die Wurzel. Sie können die Funktionen schachteln. Speichern Sie das Ergebnis in einer Variablen.
  6. Berechnen Sie das untere und das obere Ende des Konfidenzintervalls. Runden Sie auf eine Nachkommastelle. Speichern Sie das Ergebnis in je einer Variablen.
  7. Fügen Sie in einem Antwortsatz Ihr Ergebnis ein:

    Das 95 % Konfidenzintervall um den Mittelwert … reicht von … bis ….

    Dazu ersetzen Sie die “…” jeweils durch die folgende Zeichenkette (inklusive der richtigen Hochkommas; ihre_variable ersetzen Sie natürlich entsprechend): `r ihre_variable`

Mein Antwortsatz lautet: Das 95 % Konfidenzintervall um den Mittelwert 180.3 reicht von 178.3 bis 182.3.

2 Aufgabe

Reduzieren Sie aus dem Beispiel eben die Größe der Stichprobe auf 10. Ermitteln Sie ein 95 % Konfidenzintervall um den Mittelwert dieser Stichprobe.

Da n < 30, benötigen wir statt des z-Wertes nun den geeigneten t-Wert. Mit Hilfe der Funktion qt() ermitteln Sie den t-Wert

  • für eine bestimmte Wahrscheinlichkeit (erster Parameter) und
  • für eine bestimmte Anzahl an Freiheitsgraden (zweiter Parameter).

Ansonsten können Sie die Angaben aus der vorigen Aufgabe verwenden.

Überlegen Sie sich vorab, welches Ergebnis wir hier grob erwarten würden. Wird das KI größer oder kleiner werden?

Für die folgenden Stichproben-Werte 176, 178, 192, 181, 181, 194, 184, 170, 175, 176 lautet mein Antwortsatz: Das 95 % Konfidenzintervall um den Mittelwert 180.7 reicht von 175.3 bis 186.1.

3 Aufgabe

Spielen Sie mit den Werten der beiden Aufgaben. Erstellen Sie Intervalle mit anderen Konfidenzwerten (99, 90, 50, 1, …). Überlegen Sie sich immer vorab, was Sie erwarten.

Anhang

3.1 SNV

Achtung: Die Tabelle hat zwei Hälften – oben negative unten positive z-Werte

-.00 -.01 -.02 -.03 -.04 -.05 -.06 -.07 -.08 -.09
0 0.5000 0.4960 0.4920 0.4880 0.4840 0.4801 0.4761 0.4721 0.4681 0.4641
-0.1 0.4602 0.4562 0.4522 0.4483 0.4443 0.4404 0.4364 0.4325 0.4286 0.4247
-0.2 0.4207 0.4168 0.4129 0.4090 0.4052 0.4013 0.3974 0.3936 0.3897 0.3859
-0.3 0.3821 0.3783 0.3745 0.3707 0.3669 0.3632 0.3594 0.3557 0.3520 0.3483
-0.4 0.3446 0.3409 0.3372 0.3336 0.3300 0.3264 0.3228 0.3192 0.3156 0.3121
-0.5 0.3085 0.3050 0.3015 0.2981 0.2946 0.2912 0.2877 0.2843 0.2810 0.2776
-0.6 0.2743 0.2709 0.2676 0.2643 0.2611 0.2578 0.2546 0.2514 0.2483 0.2451
-0.7 0.2420 0.2389 0.2358 0.2327 0.2296 0.2266 0.2236 0.2206 0.2177 0.2148
-0.8 0.2119 0.2090 0.2061 0.2033 0.2005 0.1977 0.1949 0.1922 0.1894 0.1867
-0.9 0.1841 0.1814 0.1788 0.1762 0.1736 0.1711 0.1685 0.1660 0.1635 0.1611
-1 0.1587 0.1562 0.1539 0.1515 0.1492 0.1469 0.1446 0.1423 0.1401 0.1379
-1.1 0.1357 0.1335 0.1314 0.1292 0.1271 0.1251 0.1230 0.1210 0.1190 0.1170
-1.2 0.1151 0.1131 0.1112 0.1093 0.1075 0.1056 0.1038 0.1020 0.1003 0.0985
-1.3 0.0968 0.0951 0.0934 0.0918 0.0901 0.0885 0.0869 0.0853 0.0838 0.0823
-1.4 0.0808 0.0793 0.0778 0.0764 0.0749 0.0735 0.0721 0.0708 0.0694 0.0681
-1.5 0.0668 0.0655 0.0643 0.0630 0.0618 0.0606 0.0594 0.0582 0.0571 0.0559
-1.6 0.0548 0.0537 0.0526 0.0516 0.0505 0.0495 0.0485 0.0475 0.0465 0.0455
-1.7 0.0446 0.0436 0.0427 0.0418 0.0409 0.0401 0.0392 0.0384 0.0375 0.0367
-1.8 0.0359 0.0351 0.0344 0.0336 0.0329 0.0322 0.0314 0.0307 0.0301 0.0294
-1.9 0.0287 0.0281 0.0274 0.0268 0.0262 0.0256 0.0250 0.0244 0.0239 0.0233
-2 0.0228 0.0222 0.0217 0.0212 0.0207 0.0202 0.0197 0.0192 0.0188 0.0183
-2.1 0.0179 0.0174 0.0170 0.0166 0.0162 0.0158 0.0154 0.0150 0.0146 0.0143
-2.2 0.0139 0.0136 0.0132 0.0129 0.0125 0.0122 0.0119 0.0116 0.0113 0.0110
-2.3 0.0107 0.0104 0.0102 0.0099 0.0096 0.0094 0.0091 0.0089 0.0087 0.0084
-2.4 0.0082 0.0080 0.0078 0.0075 0.0073 0.0071 0.0069 0.0068 0.0066 0.0064
-2.5 0.0062 0.0060 0.0059 0.0057 0.0055 0.0054 0.0052 0.0051 0.0049 0.0048
-2.6 0.0047 0.0045 0.0044 0.0043 0.0041 0.0040 0.0039 0.0038 0.0037 0.0036
-2.7 0.0035 0.0034 0.0033 0.0032 0.0031 0.0030 0.0029 0.0028 0.0027 0.0026
-2.8 0.0026 0.0025 0.0024 0.0023 0.0023 0.0022 0.0021 0.0021 0.0020 0.0019
-2.9 0.0019 0.0018 0.0018 0.0017 0.0016 0.0016 0.0015 0.0015 0.0014 0.0014
-3 0.0013 0.0013 0.0013 0.0012 0.0012 0.0011 0.0011 0.0011 0.0010 0.0010
.00 .01 .02 .03 .04 .05 .06 .07 .08 .09
0 0.5000 0.5040 0.5080 0.5120 0.5160 0.5199 0.5239 0.5279 0.5319 0.5359
0.1 0.5398 0.5438 0.5478 0.5517 0.5557 0.5596 0.5636 0.5675 0.5714 0.5753
0.2 0.5793 0.5832 0.5871 0.5910 0.5948 0.5987 0.6026 0.6064 0.6103 0.6141
0.3 0.6179 0.6217 0.6255 0.6293 0.6331 0.6368 0.6406 0.6443 0.6480 0.6517
0.4 0.6554 0.6591 0.6628 0.6664 0.6700 0.6736 0.6772 0.6808 0.6844 0.6879
0.5 0.6915 0.6950 0.6985 0.7019 0.7054 0.7088 0.7123 0.7157 0.7190 0.7224
0.6 0.7257 0.7291 0.7324 0.7357 0.7389 0.7422 0.7454 0.7486 0.7517 0.7549
0.7 0.7580 0.7611 0.7642 0.7673 0.7704 0.7734 0.7764 0.7794 0.7823 0.7852
0.8 0.7881 0.7910 0.7939 0.7967 0.7995 0.8023 0.8051 0.8078 0.8106 0.8133
0.9 0.8159 0.8186 0.8212 0.8238 0.8264 0.8289 0.8315 0.8340 0.8365 0.8389
1 0.8413 0.8438 0.8461 0.8485 0.8508 0.8531 0.8554 0.8577 0.8599 0.8621
1.1 0.8643 0.8665 0.8686 0.8708 0.8729 0.8749 0.8770 0.8790 0.8810 0.8830
1.2 0.8849 0.8869 0.8888 0.8907 0.8925 0.8944 0.8962 0.8980 0.8997 0.9015
1.3 0.9032 0.9049 0.9066 0.9082 0.9099 0.9115 0.9131 0.9147 0.9162 0.9177
1.4 0.9192 0.9207 0.9222 0.9236 0.9251 0.9265 0.9279 0.9292 0.9306 0.9319
1.5 0.9332 0.9345 0.9357 0.9370 0.9382 0.9394 0.9406 0.9418 0.9429 0.9441
1.6 0.9452 0.9463 0.9474 0.9484 0.9495 0.9505 0.9515 0.9525 0.9535 0.9545
1.7 0.9554 0.9564 0.9573 0.9582 0.9591 0.9599 0.9608 0.9616 0.9625 0.9633
1.8 0.9641 0.9649 0.9656 0.9664 0.9671 0.9678 0.9686 0.9693 0.9699 0.9706
1.9 0.9713 0.9719 0.9726 0.9732 0.9738 0.9744 0.9750 0.9756 0.9761 0.9767
2 0.9772 0.9778 0.9783 0.9788 0.9793 0.9798 0.9803 0.9808 0.9812 0.9817
2.1 0.9821 0.9826 0.9830 0.9834 0.9838 0.9842 0.9846 0.9850 0.9854 0.9857
2.2 0.9861 0.9864 0.9868 0.9871 0.9875 0.9878 0.9881 0.9884 0.9887 0.9890
2.3 0.9893 0.9896 0.9898 0.9901 0.9904 0.9906 0.9909 0.9911 0.9913 0.9916
2.4 0.9918 0.9920 0.9922 0.9925 0.9927 0.9929 0.9931 0.9932 0.9934 0.9936
2.5 0.9938 0.9940 0.9941 0.9943 0.9945 0.9946 0.9948 0.9949 0.9951 0.9952
2.6 0.9953 0.9955 0.9956 0.9957 0.9959 0.9960 0.9961 0.9962 0.9963 0.9964
2.7 0.9965 0.9966 0.9967 0.9968 0.9969 0.9970 0.9971 0.9972 0.9973 0.9974
2.8 0.9974 0.9975 0.9976 0.9977 0.9977 0.9978 0.9979 0.9979 0.9980 0.9981
2.9 0.9981 0.9982 0.9982 0.9983 0.9984 0.9984 0.9985 0.9985 0.9986 0.9986
3 0.9987 0.9987 0.9987 0.9988 0.9988 0.9989 0.9989 0.9989 0.9990 0.9990

3.2 t-Verteilung

df 0.01 0.025 0.05 0.10 0.25 0.5 0.75 0.90 0.95 0.975 0.99
1 -31.8205 -12.7062 -6.3138 -3.0777 -1.0000 0 1.0000 3.0777 6.3138 12.7062 31.8205
2 -6.9646 -4.3027 -2.9200 -1.8856 -0.8165 0 0.8165 1.8856 2.9200 4.3027 6.9646
3 -4.5407 -3.1824 -2.3534 -1.6377 -0.7649 0 0.7649 1.6377 2.3534 3.1824 4.5407
4 -3.7469 -2.7764 -2.1318 -1.5332 -0.7407 0 0.7407 1.5332 2.1318 2.7764 3.7469
5 -3.3649 -2.5706 -2.0150 -1.4759 -0.7267 0 0.7267 1.4759 2.0150 2.5706 3.3649
6 -3.1427 -2.4469 -1.9432 -1.4398 -0.7176 0 0.7176 1.4398 1.9432 2.4469 3.1427
7 -2.9980 -2.3646 -1.8946 -1.4149 -0.7111 0 0.7111 1.4149 1.8946 2.3646 2.9980
8 -2.8965 -2.3060 -1.8595 -1.3968 -0.7064 0 0.7064 1.3968 1.8595 2.3060 2.8965
9 -2.8214 -2.2622 -1.8331 -1.3830 -0.7027 0 0.7027 1.3830 1.8331 2.2622 2.8214
10 -2.7638 -2.2281 -1.8125 -1.3722 -0.6998 0 0.6998 1.3722 1.8125 2.2281 2.7638
11 -2.7181 -2.2010 -1.7959 -1.3634 -0.6974 0 0.6974 1.3634 1.7959 2.2010 2.7181
12 -2.6810 -2.1788 -1.7823 -1.3562 -0.6955 0 0.6955 1.3562 1.7823 2.1788 2.6810
13 -2.6503 -2.1604 -1.7709 -1.3502 -0.6938 0 0.6938 1.3502 1.7709 2.1604 2.6503
14 -2.6245 -2.1448 -1.7613 -1.3450 -0.6924 0 0.6924 1.3450 1.7613 2.1448 2.6245
15 -2.6025 -2.1314 -1.7531 -1.3406 -0.6912 0 0.6912 1.3406 1.7531 2.1314 2.6025
16 -2.5835 -2.1199 -1.7459 -1.3368 -0.6901 0 0.6901 1.3368 1.7459 2.1199 2.5835
17 -2.5669 -2.1098 -1.7396 -1.3334 -0.6892 0 0.6892 1.3334 1.7396 2.1098 2.5669
18 -2.5524 -2.1009 -1.7341 -1.3304 -0.6884 0 0.6884 1.3304 1.7341 2.1009 2.5524
19 -2.5395 -2.0930 -1.7291 -1.3277 -0.6876 0 0.6876 1.3277 1.7291 2.0930 2.5395
20 -2.5280 -2.0860 -1.7247 -1.3253 -0.6870 0 0.6870 1.3253 1.7247 2.0860 2.5280
21 -2.5176 -2.0796 -1.7207 -1.3232 -0.6864 0 0.6864 1.3232 1.7207 2.0796 2.5176
22 -2.5083 -2.0739 -1.7171 -1.3212 -0.6858 0 0.6858 1.3212 1.7171 2.0739 2.5083
23 -2.4999 -2.0687 -1.7139 -1.3195 -0.6853 0 0.6853 1.3195 1.7139 2.0687 2.4999
24 -2.4922 -2.0639 -1.7109 -1.3178 -0.6848 0 0.6848 1.3178 1.7109 2.0639 2.4922
25 -2.4851 -2.0595 -1.7081 -1.3163 -0.6844 0 0.6844 1.3163 1.7081 2.0595 2.4851
26 -2.4786 -2.0555 -1.7056 -1.3150 -0.6840 0 0.6840 1.3150 1.7056 2.0555 2.4786
27 -2.4727 -2.0518 -1.7033 -1.3137 -0.6837 0 0.6837 1.3137 1.7033 2.0518 2.4727
28 -2.4671 -2.0484 -1.7011 -1.3125 -0.6834 0 0.6834 1.3125 1.7011 2.0484 2.4671
29 -2.4620 -2.0452 -1.6991 -1.3114 -0.6830 0 0.6830 1.3114 1.6991 2.0452 2.4620
30 -2.4573 -2.0423 -1.6973 -1.3104 -0.6828 0 0.6828 1.3104 1.6973 2.0423 2.4573
31 -2.4528 -2.0395 -1.6955 -1.3095 -0.6825 0 0.6825 1.3095 1.6955 2.0395 2.4528
32 -2.4487 -2.0369 -1.6939 -1.3086 -0.6822 0 0.6822 1.3086 1.6939 2.0369 2.4487
33 -2.4448 -2.0345 -1.6924 -1.3077 -0.6820 0 0.6820 1.3077 1.6924 2.0345 2.4448
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