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Statistik · Übungsblatt 1 · Aufgabe 3

Prüfungsnoten: Häufigkeiten und Summenhäufigkeiten

16 Prüfungsnoten stehen ungeordnet in einer Liste. Wir zählen, wie oft jede Note vorkommt, und schreiben das als Anzahl und als Anteil auf. Danach zählen wir von der besten Note an auf: Wie viele haben Note 3 oder besser? Zum Schluss werden beide Tabellen gezeichnet: als Säulendiagramm und als Treppenfunktion. Rechts steht der ganze Lösungsweg, links die Erklärung zum aktuellen Schritt. Mit Weiter geht es Schritt für Schritt voran. Ein Klick auf einen Schritt springt direkt dorthin.

Die Aufgabe

16 Studierende haben folgende Noten in einer Prüfung erzielt: 3, 1, 2, 2, 1, 4, 5, 4, 3, 5, 2, 5, 6, 2, 3, 2.

  1. Bestimmen Sie die Häufigkeitsverteilung.
  2. Bestimmen Sie die Summenhäufigkeitsverteilung.
  3. Stellen Sie die Häufigkeitsverteilung graphisch dar.
  4. Stellen Sie die Summenhäufigkeitsverteilung graphisch dar.

a) Häufigkeitsverteilung

wie oft kommt jede Note vor?

Was hier untersucht wird

Begriffin dieser Aufgabe
Merkmalsträgerein Studierender
MerkmalNote in der Prüfung
Ausprägungen1, 2, 3, 4, 5, 6
SkalaOrdinalskala (Noten haben eine Rangfolge)
Anzahl der Werte nn16

Urliste, in der gegebenen Reihenfolge mit Platznummer:

Platz12345678
Note31221454
Platz910111213141516
Note35256232

Zählen am Beispiel der Note 2

Urliste, die Zweien markiert:

Platz12345678
Note31221454
Platz910111213141516
Note35256232
Fünf Striche bei Note 2
n2=5n_2 = 5

Die Strichliste für alle Noten

Note xix_iPlätze in der UrlisteStrichlisteabsolute Häufigkeit nin_i
12, 5||2
23, 4, 11, 14, 16||||5
31, 9, 15|||3
46, 8||2
57, 10, 12|||3
613|1

Gegenprobe mit der geordneten Liste (alle 16 Noten der Größe nach): 1 1 2 2 2 2 2 3 3 3 4 4 5 5 5 6. Sie enthält zweimal die 1, fünfmal die 2, dreimal die 3, zweimal die 4, dreimal die 5 und einmal die 6.

Probe: Summe der Anzahlen

Die Summe der absoluten Häufigkeiten ist die Zahl der Werte
∑i=16ni=2+5+3+2+3+1=16=n✓\sum_{i=1}^{6} n_i = 2 + 5 + 3 + 2 + 3 + 1 = 16 = n \quad \checkmark

Relative Häufigkeit: der Anteil

Relative Häufigkeit = absolute Häufigkeit geteilt durch die Zahl aller Werte
fi=nin⇒f2=n2n=516=0,3125f_i = \frac{n_i}{n} \qquad\Rightarrow\qquad f_2 = \frac{n_2}{n} = \frac{5}{16} = 0{,}3125

Alle Anteile und die Probe

Note xix_iabsolute Häufigkeit nin_iRechnung ni/nn_i / nrelative Häufigkeit fif_i
122:162 : 160,125
255:165 : 160,3125
333:163 : 160,1875
422:162 : 160,125
533:163 : 160,1875
611:161 : 160,0625
Summe161
Probe: Die Anteile ergeben zusammen 1
0,125+0,3125+0,1875+0,125+0,1875+0,0625=1✓0{,}125 + 0{,}3125 + 0{,}1875 + 0{,}125 + 0{,}1875 + 0{,}0625 = 1 \quad \checkmark

b) Summenhäufigkeitsverteilung

wie viele haben diese Note oder eine bessere?

Aufaddieren am Beispiel der Note 3

Absolute Summenhäufigkeit: die Anzahlen bis zur Note i addieren
Ni=∑m=1inm⇒N3=n1+n2+n3=2+5+3=10N_i = \sum_{m=1}^{i} n_m \qquad\Rightarrow\qquad N_3 = n_1 + n_2 + n_3 = 2 + 5 + 3 = 10

Alle Summenhäufigkeiten durch Weiterzählen

Jede Zeile: vorige Summe plus Anzahl der neuen Note
N1=2N2=2+5=7N3=7+3=10N4=10+2=12N5=12+3=15N6=15+1=16=n✓\begin{aligned} N_1 &= 2 \\ N_2 &= 2 + 5 = 7 \\ N_3 &= 7 + 3 = 10 \\ N_4 &= 10 + 2 = 12 \\ N_5 &= 12 + 3 = 15 \\ N_6 &= 15 + 1 = 16 = n \quad \checkmark \end{aligned}

Relative Summenhäufigkeit: der Anteil bis zu einer Note

Relative Summenhäufigkeit = absolute Summenhäufigkeit geteilt durch n
Fi=NinF3=1016=0,625Kontrolle: f1+f2+f3=0,125+0,3125+0,1875=0,625✓\begin{aligned} F_i &= \frac{N_i}{n} \\[2pt] F_3 &= \frac{10}{16} = 0{,}625 \\[2pt] \text{Kontrolle: } f_1 + f_2 + f_3 &= 0{,}125 + 0{,}3125 + 0{,}1875 = 0{,}625 \quad \checkmark \end{aligned}

Die Summenhäufigkeitsverteilung

Note xix_inin_ifif_iabsolute Summenhäufigkeit NiN_irelative Summenhäufigkeit FiF_i
120,12520,125
250,312570,4375
330,1875100,625
420,125120,75
530,1875150,9375
610,0625161

c) Häufigkeitsverteilung graphisch

Säulendiagramm

Welche Art von Diagramm?

MerkmalDarstellung im Skript
nominal oder ordinal (z. B. Schulnoten)Säulendiagramm (waagerecht: Balkendiagramm)
quantitativ, diskret (z. B. Kinderzahl)Stabdiagramm
quantitativ, in Klassen eingeteiltSäulen ohne Lücke oder Histogramm

Das Diagramm von Hand zeichnen

Eine Säule, zwei Achsen: Anteil = Anzahl geteilt durch 16
Note 2:n2=5  (links),f2=516=0,3125  (rechts)\text{Note 2:}\quad n_2 = 5 \;\text{(links)}, \qquad f_2 = \frac{5}{16} = 0{,}3125 \;\text{(rechts)}

d) Summenhäufigkeitsverteilung graphisch

empirische Verteilungsfunktion als Treppe

Die empirische Verteilungsfunktion F(x)

Empirische Verteilungsfunktion: Anteil der Werte bis x
F(x)=Anzahl der Werte≤xn,F(0,5)=016=0F(x) = \frac{\text{Anzahl der Werte} \le x}{n}, \qquad F(0{,}5) = \frac{0}{16} = 0

Zwischen zwei Noten bleibt F gleich

Zwischen Note 2 und Note 3 kommen keine Werte hinzu
F(2,5)=n1+n2n=2+516=716=0,4375=F2F(2{,}5) = \frac{n_1 + n_2}{n} = \frac{2 + 5}{16} = \frac{7}{16} = 0{,}4375 = F_2

Die Sprünge: voller und leerer Punkt

An der Note selbst gilt der obere Wert
knapp links von 2:F(1,9)=216=0,125an der Stelle 2:F(2)=2+516=0,4375Sprungho¨he:0,4375−0,125=0,3125=f2\begin{aligned} \text{knapp links von 2:}\quad F(1{,}9) &= \frac{2}{16} = 0{,}125 \\[2pt] \text{an der Stelle 2:}\quad F(2) &= \frac{2 + 5}{16} = 0{,}4375 \\[2pt] \text{Sprunghöhe:}\quad 0{,}4375 - 0{,}125 &= 0{,}3125 = f_2 \end{aligned}

Die ganze Treppe

Empirische Verteilungsfunktion der 16 Noten, Abschnitt für Abschnitt
F(x)={0fu¨r x<10,125fu¨r 1≤x<20,4375fu¨r 2≤x<30,625fu¨r 3≤x<40,75fu¨r 4≤x<50,9375fu¨r 5≤x<61fu¨r x≥6F(x) = \begin{cases} 0 & \text{für } x < 1 \\ 0{,}125 & \text{für } 1 \le x < 2 \\ 0{,}4375 & \text{für } 2 \le x < 3 \\ 0{,}625 & \text{für } 3 \le x < 4 \\ 0{,}75 & \text{für } 4 \le x < 5 \\ 0{,}9375 & \text{für } 5 \le x < 6 \\ 1 & \text{für } x \ge 6 \end{cases}

Ergebnis

a) nin_i = 2, 5, 3, 2, 3, 1 und fif_i = 0,125; 0,3125; 0,1875; 0,125; 0,1875; 0,0625 für die Noten 1 bis 6.
b) NiN_i = 2, 7, 10, 12, 15, 16 und FiF_i = 0,125; 0,4375; 0,625; 0,75; 0,9375; 1.
c) Säulendiagramm: sechs Säulen mit Lücke, Höhe = Häufigkeit, höchste Säule bei Note 2.
d) Treppenfunktion F(x)F(x): 0 links von 1, Sprünge an jeder Note (voller Punkt oben), 1 ab Note 6.
Probe: Summe der Anzahlen 16, Summe der Anteile 1, letzte Summenhäufigkeit 16 bzw. 1.
Note xix_inin_ifif_iNiN_iFiF_i
120,12520,125
250,312570,4375
330,1875100,625
420,125120,75
530,1875150,9375
610,0625161
Summe161

Der Weg in Kürze: Urliste lesen → Strichliste → nin_i mit Probe 16 → fi=ni/nf_i = n_i / n mit Probe 1 → NiN_i durch Weiterzählen → Fi=Ni/nF_i = N_i / n → Säulendiagramm aus nin_i bzw. fif_i → Treppe aus FiF_i.