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Statistik · Übungsblatt 7 · Aufgabe 7

Berufswahl und Geschlecht: χ²-Test 3×2

Wählen junge Männer und Frauen in der Ausbildung unterschiedliche Bereiche? Die Tabelle zeigt Auszubildende in Industrie und Handel, im Handwerk und im Öffentlichen Dienst. Ein Chi-Quadrat-Unabhängigkeitstest prüft, ob die Berufswahl vom Geschlecht abhängt. Das ist Aufgabe 7 von Übungsblatt 7 (Testverfahren). Der ganze Lösungsweg steht von Anfang an da. Mit Weiter geht es Schritt für Schritt voran. Ein Klick auf einen Schritt springt direkt dorthin.

Die Aufgabe

Aufgabe 7

Testen Sie anhand der folgenden Kontingenztabelle mit einer Irrtumswahrscheinlichkeit von 1% die Annahme, dass die Berufswahl von Auszubildenden (Angaben in Tausend Personen) in Deutschland unabhängig vom Geschlecht ist.

männlichweiblichSumme
Industrie und Handel8040120
Handwerk8080160
Öffentlicher Dienst14080220
Summe300200500

a) Bestimmen Sie die Prüfgröße χemp2\chi^2_{emp}.

b) Geben Sie den kritischen Wert χ(I−1)(J−1)2\chi^2_{(I-1)(J-1)} an.

c) Wie lautet Ihre Testentscheidung?

In eigenen Worten: Zwei Merkmale werden gekreuzt: der Ausbildungsbereich (drei Zeilen) und das Geschlecht (zwei Spalten). So eine Tabelle heißt Kontingenztabelle. Gefragt ist, ob die beiden Merkmale unabhängig sind. Unabhängig heißt: Männer und Frauen verteilen sich in gleichen Anteilen auf die drei Bereiche.

Gesucht: (II = Zahl der Zeilen, JJ = Zahl der Spalten) a) der Prüfwert χemp2\chi^2_{emp}, b) der kritische Wert aus der Tabelle, c) die Testentscheidung. Die Irrtumswahrscheinlichkeit ist 1 %.

Die Zahlen sind in Tausend Personen angegeben. Wir rechnen wie die Aufgabe mit den Zahlen der Tabelle (80, 40, …). Was die echten Personenzahlen ändern würden, steht im Ergebnis.

Der Test läuft in den fünf Testschritten des Kurses:

  1. Testschritt 1: Hypothesen aufstellen (Schritt 2).
  2. Testschritt 2: Signifikanzniveau festlegen (Schritt 3).
  3. Testschritt 3: Prüfwert χ² berechnen, Teil a (Schritte 4 bis 7).
  4. Testschritt 4: kritischen Wert ablesen, Teil b (Schritte 8 und 9).
  5. Testschritt 5: vergleichen und entscheiden, Teil c (Schritte 10 und 11).
Merke: Der Test vergleicht die beobachteten Häufigkeiten mit denen, die bei Unabhängigkeit zu erwarten wären. Je weiter beide auseinanderliegen, desto größer wird χ².

Welcher Test, und warum

Anteil je Bereichmännlichweiblich
Industrie und Handel80 / 300 = 26,7 %40 / 200 = 20,0 %
Handwerk80 / 300 = 26,7 %80 / 200 = 40,0 %
Öffentlicher Dienst140 / 300 = 46,7 %80 / 200 = 40,0 %

Bereich und Geschlecht sind Kategorien, keine Messwerte. Man hat nur Häufigkeiten und fragt, ob die zwei Merkmale zusammenhängen. Dafür ist der Chi-Quadrat-Unabhängigkeitstest da (χ², gesprochen „chi quadrat“). Er vergleicht jedes Feld mit dem Wert, den man bei Unabhängigkeit erwarten würde. In der Formelsammlung heißt die Zeile f (Freiheitsgrade) und die Spalte P (das ist 1−α1 - \alpha).

Ein erster Blick auf die Anteile: Von den Männern sind 80 von 300 im Handwerk (26,7 %), von den Frauen 80 von 200 (40 %). Der Test sagt, ob solche Unterschiede größer sind als der Zufall.

Testschritt 1: Hypothesen aufstellen

Nullhypothese

H0H_0: Berufswahl und Geschlecht sind unabhängig.

Alternativhypothese

H1H_1: Berufswahl und Geschlecht sind abhängig.

Die Nullhypothese H0H_0 sagt: Es gibt keinen Zusammenhang. Das ist genau die Annahme, die die Aufgabe testen will. Die Alternativhypothese H1H_1 behauptet einen Zusammenhang. Der Test versucht, H0H_0 mit den Daten zu widerlegen.

Noch 10 Schritte bis zum Ergebnis
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Beobachtet und erwartet

oben die Felder der Tabelle, unten die Skala des Prüfwerts

Abbildung 1Beobachtet und erwartet

oben die Felder der Tabelle, unten die Skala des Prüfwerts

Auszubildende in Tausend80m40w80m80w140m80wIndustrieund HandelHandwerkÖffentlicherDienst72+80,88948−81,33396−162,66764+164,000132+80,48588−80,727Skala des Prüfwerts χ²0246810121410,1019,210AnnahmeAblehnungPrüfwert χ²
Legendem = männlich, w = weiblichStrich: erwartete HäufigkeitAnnahmebereichAblehnbereichOben die sechs Felder der Tabelle als Balken (in Tausend Personen), unten später die Skala für den Prüfwert χ².