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Statistik · Übungsblatt 7 · Aufgabe 3

M&M’s: sind alle Farben gleich häufig?

Trevor zählt die Farben in seiner M&M’s-Tüte: 28 braune, aber nur je 10 blaue und grüne. Kann das bei gleich häufigen Farben noch Zufall sein? Ein Chi-Quadrat-Anpassungstest gibt die Antwort. Der ganze Lösungsweg steht offen da, die Erklärung gehört jeweils zum aktuellen Schritt. Mit Weiter geht es Schritt für Schritt voran. Ein Klick auf einen Schritt springt direkt dorthin.

Die Aufgabe

Aufgabe 3

Der leidenschaftliche Schoko-Liebhaber Trevor Treets wird vor allem bei den bunten M&M’s immer wieder schwach. Da es ihm dabei aber auch auf die farbliche Vielfalt ankommt, fragt er sich, ob in einer Packung von jeder Farbe gleich viele M&M’s enthalten sind und zieht zur Überprüfung eine Stichprobe mit der unten angegebenen Verteilung heran. Führen Sie unter Verwendung eines geeigneten Tests zur Überprüfung der Gleichwahrscheinlichkeit aller Farben in einer Tüte zum Signifikanzniveau α = 0,025 durch.

FarbeAnzahl in der Tüte
Gelb14
Rot18
Blau10
Grün10
Braun28

Eine Tüte enthält M&M’s in fünf Farben. Geprüft werden soll, ob jede Farbe dieselbe Wahrscheinlichkeit hat, also 1 von 5. Man nennt das Gleichverteilung. Die Tüte ist dabei die Stichprobe: ein Ausschnitt aus allen M&M’s, die produziert werden.

Gesucht: Passt die Farbverteilung der Tüte zur Gleichverteilung? Geprüft wird mit dem Signifikanzniveau α = 0,025.

Der Test heißt Chi-Quadrat-Anpassungstest (χ², sprich „chi quadrat“). Er prüft, ob beobachtete Häufigkeiten zu einer vorgegebenen Verteilung passen. Er läuft in den fünf Testschritten des Kurses:

  1. Testschritt 1: Hypothesen aufstellen (Schritt 2).
  2. Testschritt 2: Signifikanzniveau festlegen (Schritt 3).
  3. Testschritt 3: Chi-Quadrat-Wert aus den Daten berechnen (Schritte 4 bis 7).
  4. Testschritt 4: Kritischen Wert aus der Tabelle ablesen (Schritt 8).
  5. Testschritt 5: Vergleichen und entscheiden (Schritte 9 und 10).
Merke: Man vergleicht die beobachteten Häufigkeiten mit denen, die bei der vermuteten Verteilung zu erwarten wären. Je weiter beide auseinanderliegen, desto größer wird Chi-Quadrat.

Welcher Test, und warum

Vermutete Verteilung: gleich wahrscheinliche Farben
pGelb=pRot=pBlau=pGru¨n=pBraun=15=0,2p_{\text{Gelb}} = p_{\text{Rot}} = p_{\text{Blau}} = p_{\text{Grün}} = p_{\text{Braun}} = \tfrac{1}{5} = 0{,}2

Es gibt nur ein Merkmal, die Farbe. Sie ist eine Kategorie, kein Messwert. Gefragt ist, ob ihre Häufigkeiten zu einer vorher festgelegten Verteilung passen: jede Farbe mit Wahrscheinlichkeit 1/5. Dafür dient der Chi-Quadrat-Anpassungstest.

Es gibt keine zweite Gruppe, mit der man vergleicht. Die erwarteten Häufigkeiten kommen allein aus der vermuteten Verteilung: Bei fünf Farben hat jede die Wahrscheinlichkeit pp = 1/5 = 0,2 (pp für englisch „probability“).

Testschritt 1: Hypothesen aufstellen

Nullhypothese

H0H_0: Alle fünf Farben sind gleich wahrscheinlich, pi=15=0,2p_i = \tfrac{1}{5} = 0{,}2 für jede Farbe.

Gegenhypothese

H1H_1: Die Farben sind nicht gleich wahrscheinlich.

Die Nullhypothese H0H_0 ist die Annahme, die man prüfen will: Alle Farben sind gleich wahrscheinlich. Die Gegenhypothese H1H_1 sagt: Mindestens eine Farbe hat eine andere Wahrscheinlichkeit. Man versucht, H0H_0 mit den Daten zu widerlegen.

pip_i ist die Wahrscheinlichkeit der Farbe ii, also der Anteil dieser Farbe an allen produzierten M&M’s.

Noch 9 Schritte bis zum Ergebnis
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Beobachtet und erwartet

M&M’s je Farbe

Abbildung 1Den Test vorbereiten

Hypothesen, Niveau, Stichprobenumfang, erwartete Häufigkeit

0102030Anzahl M&M’s14Gelb18Rot10Blau10Grün28Braunerwartet 16−20,25+20,25−62,25−62,25+129
Legendeviolett: beobachtete Häufigkeitdunkler Strich: erwartete Häufigkeitrot gestrichelt: AbweichungBeobachtete Häufigkeiten der fünf Farben.