rechne 24
Mathematik

Standardabweichung berechnen (σ und s)

Berechne Standardabweichung und Varianz für Population und Stichprobe. Misst, wie stark deine Werte um den Mittelwert streuen.

Ergebnis
Standardabweichung σ (Population)
Standardabweichung s (Stichprobe)
Varianz σ² (Population)
Varianz s² (Stichprobe)
Mittelwert

Erklärung

Die Standardabweichung misst, wie stark einzelne Werte vom Mittelwert abweichen. Eine kleine Standardabweichung bedeutet: Die Werte liegen dicht beieinander. Eine große: Sie streuen weit. Die Einheit ist dieselbe wie die der Daten – das macht σ anschaulicher als die Varianz. Unterscheidung Population vs. Stichprobe: - Population (σ): Wenn die gesamte Grundgesamtheit erfasst ist. Teiler n. - Stichprobe (s): Wenn nur eine Stichprobe vorliegt und auf die Population geschlossen werden soll. Teiler n−1 (Bessel-Korrektur). Warum n−1 bei der Stichprobe? Weil der Mittelwert aus den Daten geschätzt wurde – das verbraucht einen Freiheitsgrad. Sonst würde die Streuung systematisch unterschätzt. Beispielrechnung mit 10, 12, 14, 16, 18: - Mittelwert = 14 - Quadrierte Abweichungen: 16, 4, 0, 4, 16 → Summe 40 - Varianz Population = 40/5 = 8 → σ = √8 ≈ 2,83 - Varianz Stichprobe = 40/4 = 10 → s = √10 ≈ 3,16 In einer Normalverteilung liegen rund 68 % aller Werte im Bereich Mittelwert ± 1·σ, rund 95 % im Bereich ± 2·σ und 99,7 % im Bereich ± 3·σ. Diese Faustregel (68-95-99,7-Regel) ist der Schlüssel zu Konfidenzintervallen und Hypothesentests. Anwendungen: Qualitätskontrolle (Toleranzen), Risikoanalyse (Volatilität an Börsen), Prüfungsstatistik, Klimadaten, Sportstatistik, Six-Sigma-Methode in der Produktion (Ziel: 6 σ Abstand zur Toleranzgrenze).

\sigma = \sqrt{\frac{1}{n}\sum (x_i - \bar{x})^2} \quad,\quad s = \sqrt{\frac{1}{n-1}\sum (x_i - \bar{x})^2}

Häufige Fragen

Wann nehme ich σ, wann s? +

Vollständige Population → σ (Teiler n). Stichprobe als Schätzung für die Population → s (Teiler n−1).

Was bedeutet eine Standardabweichung von 0? +

Alle Werte sind identisch – keine Streuung. Sobald sich Werte unterscheiden, ist σ > 0.

Was ist die 68-95-99,7-Regel? +

In einer Normalverteilung liegen 68 % der Werte innerhalb 1σ, 95 % innerhalb 2σ und 99,7 % innerhalb 3σ um den Mittelwert.

Was ist der Unterschied zur Varianz? +

Varianz = σ². Standardabweichung = √Varianz. Die Standardabweichung hat die Einheit der Daten und ist deshalb anschaulicher.

Wofür Standardabweichung im Alltag? +

Risikobewertung (Aktien), Qualitätsprüfung (Toleranzen), Notenanalyse, Wettervorhersage, Prozesskontrolle in der Industrie.

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