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LernenMathematikSekundarstufe IIStochastikKonfidenzintervall

Themenübersicht

Konfidenzintervall

Ein Konfidenzintervall schätzt einen unbekannten Parameter durch einen Bereich, der die Unsicherheit der Stichprobe berücksichtigt.

MathematikSekundarstufe II

Lernweg

Theorie
verstehen
Beispiele
nachvollziehen
Selbst
rechnen

Lernschritt

Theorie verstehen

[u, o]up̂o
Illustration zu Konfidenzintervall

Einen unbekannten Anteil mit einem Konfidenzintervall schätzen

Ein Konfidenzintervall gibt einen aus Stichprobendaten berechneten Bereich plausibler Parameterwerte an. Für einen Anteil p liefert die Normalapproximation näherungsweise ein 95%-Intervall.

p^​±1,96np^​(1−p^​)​​

Das 95%-Niveau beschreibt das Verfahren: Bei sehr vielen gleichartigen Stichproben würden etwa 95% der so konstruierten Intervalle den festen wahren Parameter enthalten.

Merke

Nach der Stichprobe ist p fest und das konkrete Intervall fest; nicht p selbst ist mit 95% zufällig im Intervall.

Das lernst du

  • •Berechne Stichprobenanteil und Standardfehler.
  • •Konstruiere ein approximatives Konfidenzintervall.
  • •Interpretiere das Konfidenzniveau als langfristige Trefferrate des Verfahrens.

Lernschritt

Beispiele nachvollziehen

Musteraufgabe 1

Einfach

95%-Intervall für einen Anteil

Von 400 Befragten stimmen 240 zu. Bestimme ein approximatives 95%-Konfidenzintervall für den Zustimmungsanteil.

  1. 1Stichprobenanteil

    p^​=400240​=0,60
  2. 2Standardfehler

    SE=4000,6⋅0,4​​≈0,0245
  3. 3Fehlerspanne

    1,96⋅0,0245≈0,048
  4. 4Intervall

    [0,60−0,048;0,60+0,048]=[0,552;0,648]

Ergebnis

Das approximative 95%-Intervall reicht von 55,2% bis 64,8%.

Musteraufgabe 2

Mittel

95%-Intervall für einen Anteil (Fall 2)

In einer Stichprobe mit n=500 stimmen 290 Personen zu. Berechne ein approximatives 95%-Konfidenzintervall.

up̂o
Visualisierung zur Aufgabenstruktur
  1. 1Punktschätzer

    Berechne den Stichprobenanteil.

    p​=500290​=0,58
  2. 2Standardfehler

    Setze p̂ und n in die Formel ein.

    SE=5000,58⋅0,42​​≈0,022073
  3. 3Grenzen

    Verwende den Faktor 1,96.

    0,58±1,96⋅0,022073≈[0,5367;0,6233]

Ergebnis

Das approximative 95%-Konfidenzintervall ist [0,5367; 0,6233].

Lernschritt

Selbst rechnen

Aufgabe 1

Einfach

Stichprobenanteil

In einer Stichprobe von 200 antworten 120 mit Ja. Bestimme p^​.

Aufgabe 2

Einfach

Intervallgrenze

Es gilt p^​=0,50 und die Fehlerspanne beträgt 0,08. Bestimme die obere Grenze.

Aufgabe 3

Einfach

Stichprobengrösse

Was geschieht bei vergleichbaren Daten mit dem Intervall, wenn n stark wächst?

Aufgabe 4

Einfach

95 % deuten

Welche Deutung ist korrekt?

Aufgabe 5

Mittel

Untere Grenze eines 95%-Intervalls

In einer Stichprobe mit n=400 treten 220 Erfolge auf. Berechne mit p̂±1,96⋅√(p^​(1−p^​)/n) die untere Grenze des approximativen 95%-Konfidenzintervalls.

Aufgabe 6

Mittel

95%-Niveau korrekt interpretieren

Welche Aussage beschreibt ein 95%-Konfidenzverfahren korrekt?

Aufgabe 7

Anspruchsvoll

Stichprobenumfang aus der Intervallbreite

Ein approximatives 95%-Konfidenzintervall für einen Anteil hat die Form [0,42; 0,58]. Es wurde mit z=1,96 und im ungünstigsten Fall p̂=0,5 gebildet. Bestimme n.

Aufgabe 8

Anspruchsvoll

Obere Grenze eines 95%-Intervalls

In einer Stichprobe mit n=100 treten 60 Erfolge auf. Berechne mit p̂±1,96⋅√(p^​(1−p^​)/n) die obere Grenze des approximativen 95%-Konfidenzintervalls.