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Statistik · Übungsblatt 1 · Aufgabe 6

Tore von Arminia Bielefeld: Modus, Median, Mittelwert

Arminia Bielefeld hat in 17 Spielen zwischen 0 und 6 Tore geschossen. Wie viele Tore sind „typisch“ für ein Spiel? Darauf gibt es drei Antworten: den häufigsten Wert (Modus), den Wert in der Mitte der sortierten Liste (Median) und den Durchschnitt (arithmetisches Mittel). Hier werden alle drei von Hand berechnet, jeweils in einem Satz gedeutet und am Ende verglichen. 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

In den 17 Spielen der Hinrunde der 2. Bundesliga schoss Arminia Bielefeld folgende Tore:

2, 1, 3, 0, 4, 2, 4, 6, 0, 2, 4, 4, 1, 1, 4, 2, 2.

a) Berechnen und interpretieren Sie den Modus.

b) Berechnen und interpretieren Sie den Median.

c) Berechnen und interpretieren Sie das arithmetische Mittel.

a) Der Modus

welcher Wert am häufigsten vorkommt

Die Daten einordnen

Begriffhier
Merkmalsträgerein Spiel der Hinrunde
MerkmalAnzahl Tore von Bielefeld im Spiel
Ausprägungen0, 1, 2, 3, … Tore
Umfangn=17n = 17
Skalakardinal (verhältnisskaliert), diskret

Häufigkeiten auszählen

Tore xix_iStrichlisteSpiele nin_i
0||2
1|||3
2|||| |5
3|1
4|||| |5
6|1
Probe: alle Häufigkeiten zusammen
∑i=16ni=2+3+5+1+5+1=17=n\sum_{i=1}^{6} n_i = 2 + 3 + 5 + 1 + 5 + 1 = 17 = n

Den Modus ablesen

Tore xix_iSpiele nin_i
02
13
25
31
45
61
Größte Häufigkeit 5 bei zwei Werten
xMod=2undxMod=4x_{\text{Mod}} = 2 \quad\text{und}\quad x_{\text{Mod}} = 4

b) Der Median

welcher Wert in der Mitte steht

Die Urliste sortieren

Die 17 Torzahlen aufsteigend sortiert
0, 0, 1, 1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 60,\ 0,\ 1,\ 1,\ 1,\ 2,\ 2,\ 2,\ 2,\ 2,\ 3,\ 4,\ 4,\ 4,\ 4,\ 4,\ 6
Tore xix_iSpiele nin_iPlätze in der sortierten Liste
021 und 2
133 bis 5
256 bis 10
3111
4512 bis 16
6117

Den mittleren Platz bestimmen

Median bei ungerader Anzahl n (Formelsammlung)
x~=x(n+12)\tilde{x} = x_{\left(\frac{n+1}{2}\right)}
n = 17 eingesetzt
x~=x(17+12)=x(182)=x(9)=2\tilde{x} = x_{\left(\frac{17+1}{2}\right)} = x_{\left(\frac{18}{2}\right)} = x_{(9)} = 2

Zum Vergleich die Formel für gerades nn, die hier nicht gebraucht wird: x~=12[x(n/2)+x(n/2+1)]\tilde{x} = \tfrac{1}{2}\left[x_{(n/2)} + x_{(n/2+1)}\right].

Den Median deuten

Spiele mit höchstens 2 Toren
2⏟0 Tore+3⏟1 Tor+5⏟2 Tore=10⇒F(2)=1017≈0,59\underbrace{2}_{0\text{ Tore}} + \underbrace{3}_{1\text{ Tor}} + \underbrace{5}_{2\text{ Tore}} = 10 \quad\Rightarrow\quad F(2) = \frac{10}{17} \approx 0{,}59
Spiele mit mindestens 2 Toren
5⏟2 Tore+1⏟3 Tore+5⏟4 Tore+1⏟6 Tore=12\underbrace{5}_{2\text{ Tore}} + \underbrace{1}_{3\text{ Tore}} + \underbrace{5}_{4\text{ Tore}} + \underbrace{1}_{6\text{ Tore}} = 12

Die Anzahlen stammen aus der Häufigkeitstabelle in Schritt 2. F(2)F(2) ist auf zwei Nachkommastellen gerundet.

c) Das arithmetische Mittel

der Durchschnitt

Mittelwert aus der Urliste

Arithmetisches Mittel aus der Urliste (Formelsammlung)
xˉ=1n∑i=1nxi\bar{x} = \frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n} x_i
Summe der 17 Werte, in Gruppen zu fünf
∑i=117xi=2+1+3+0+4⏟10+2+4+6+0+2⏟14+4+4+1+1+4⏟14+2+2⏟4=42\sum_{i=1}^{17} x_i = \underbrace{2 + 1 + 3 + 0 + 4}_{10} + \underbrace{2 + 4 + 6 + 0 + 2}_{14} + \underbrace{4 + 4 + 1 + 1 + 4}_{14} + \underbrace{2 + 2}_{4} = 42
Durch n = 17 teilen
xˉ=4217=2,470588…≈2,47\bar{x} = \frac{42}{17} = 2{,}470588\ldots \approx 2{,}47

Mittelwert aus der Häufigkeitstabelle

Arithmetisches Mittel aus der Häufigkeitstabelle (Formelsammlung)
xˉ=1n∑i=1kxi⋅ni=∑i=1kxi⋅fi\bar{x} = \frac{1}{n}\sum_{i=1}^{k} x_i \cdot n_i = \sum_{i=1}^{k} x_i \cdot f_i
Tore xix_iSpiele nin_iTore zusammen xi⋅nix_i \cdot n_i
020⋅2=00 \cdot 2 = 0
131⋅3=31 \cdot 3 = 3
252⋅5=102 \cdot 5 = 10
313⋅1=33 \cdot 1 = 3
454⋅5=204 \cdot 5 = 20
616⋅1=66 \cdot 1 = 6
Summe1742
Eingesetzt
xˉ=117 (0+3+10+3+20+6)=4217≈2,47\bar{x} = \frac{1}{17}\,(0 + 3 + 10 + 3 + 20 + 6) = \frac{42}{17} \approx 2{,}47
Dasselbe mit den relativen Häufigkeiten
xˉ=0⋅217+1⋅317+2⋅517+3⋅117+4⋅517+6⋅117=4217≈2,47\bar{x} = 0 \cdot \tfrac{2}{17} + 1 \cdot \tfrac{3}{17} + 2 \cdot \tfrac{5}{17} + 3 \cdot \tfrac{1}{17} + 4 \cdot \tfrac{5}{17} + 6 \cdot \tfrac{1}{17} = \tfrac{42}{17} \approx 2{,}47

Den Mittelwert deuten

Probe: zurückrechnen auf die Gesamtzahl der Tore
xˉ⋅n=2,47⋅17=41,99≈42\bar{x} \cdot n = 2{,}47 \cdot 17 = 41{,}99 \approx 42

Die drei Lagemaße im Vergleich

Ergänzung, hilft beim Deuten

Warum der Mittelwert über dem Median liegt

LagemaßWertnutzt
Modus2 und 4 Torenur die Häufigkeiten
Median2 Torenur die Reihenfolge (Platz 9)
Arithmetisches Mittel2,47 Torejeden einzelnen Wert
Gedankenexperiment: 3 statt 6 Tore im stärksten Spiel
xˉneu=42−317=3917≈2,29,x~neu=2\bar{x}_{\text{neu}} = \frac{42 - 3}{17} = \frac{39}{17} \approx 2{,}29, \qquad \tilde{x}_{\text{neu}} = 2

Ergebnis

a) Modus: xMod=2x_{\text{Mod}} = 2 und xMod=4x_{\text{Mod}} = 4 Tore, je 5 Spiele (bimodal).
b) Median: x~=x(9)=2\tilde{x} = x_{(9)} = 2 Tore.
c) Arithmetisches Mittel: xˉ=4217≈2,47\bar{x} = \tfrac{42}{17} \approx 2{,}47 Tore pro Spiel.
Plausibel: Alle drei liegen zwischen dem kleinsten Wert 0 und dem größten Wert 6. Der Mittelwert liegt über dem Median, weil die Werte 4 und 6 ihn nach oben ziehen.
Probe: ∑ni=17\sum n_i = 17; Urliste und Tabelle liefern beide 42 Tore; F(2)=1017≥0,5>F(1)=517F(2) = \tfrac{10}{17} \ge 0{,}5 > F(1) = \tfrac{5}{17}.

Der Weg in Kürze: Strichliste und Häufigkeitstabelle anlegen, größtes nin_i suchen (Modus). Werte sortieren, Platz n+12\tfrac{n+1}{2} bestimmen und den Wert dort ablesen (Median). ∑xini\sum x_i n_i bilden und durch nn teilen (Mittelwert). Zu jeder Zahl einen Satz mit „Tore pro Spiel“ schreiben.