Cheat Sheet

Statistik Formulas

Jede Statistik-Formel, die ein Schüler von der Einführungsstatistik bis zur Inferenzanalyse braucht: deskriptive Maße, Wahrscheinlichkeitsregeln, die Normalverteilung, Hypothesentests und lineare Regression. Jede mit einer einzeiligen Anwendungsnotiz. Kombiniere sie mit den AI-Math-Lösern zur schnellen Überprüfung.

Deskriptive Statistik

Mittelwert (Grundgesamtheit)

μ=1Ni=1Nxi\mu = \frac{1}{N}\sum_{i=1}^N x_i

Durchschnitt aller Werte der Grundgesamtheit.

Mittelwert (Stichprobe)

xˉ=1ni=1nxi\bar{x} = \frac{1}{n}\sum_{i=1}^n x_i

Durchschnitt der Stichprobe.

Varianz (Grundgesamtheit)

σ2=1N(xiμ)2\sigma^2 = \frac{1}{N}\sum (x_i - \mu)^2

Streuung im Quadrat, durch N geteilt.

Varianz (Stichprobe)

s2=1n1(xixˉ)2s^2 = \frac{1}{n-1}\sum (x_i - \bar{x})^2

Bessel-Korrektur: durch n1n-1 teilen.

Standardabweichung

σ=σ2\sigma = \sqrt{\sigma^2}

Quadratwurzel der Varianz — gleiche Einheiten wie die Daten.

Spannweite

R=xmaxxminR = x_{\max} - x_{\min}

Einfachstes Streuungsmaß.

Wahrscheinlichkeitsregeln

Additionsregel

P(AB)=P(A)+P(B)P(AB)P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B)

Wahrscheinlichkeit von A oder B (Inklusion-Exklusion).

Multiplikationsregel

P(AB)=P(A)P(BA)P(A \cap B) = P(A) \cdot P(B \mid A)

Wahrscheinlichkeit von A und B; bei Unabhängigkeit das Produkt.

Bedingte Wahrscheinlichkeit

P(BA)=P(AB)P(A)P(B \mid A) = \frac{P(A \cap B)}{P(A)}

Wahrscheinlichkeit von B, gegeben A ist eingetreten.

Satz von Bayes

P(AB)=P(BA)P(A)P(B)P(A \mid B) = \frac{P(B \mid A) P(A)}{P(B)}

Bedingte Wahrscheinlichkeiten umkehren — Diagnosetests, maschinelles Lernen.

Unabhängigkeit

P(AB)=P(A)P(B)P(A \cap B) = P(A) P(B)

Gilt genau dann, wenn AA und BB unabhängig sind.

Kombinatorik

Permutationen

P(n,r)=n!(nr)!P(n,r) = \frac{n!}{(n-r)!}

Reihenfolge zählt: rr aus nn anordnen.

Kombinationen

C(n,r)=(nr)=n!r!(nr)!C(n,r) = \binom{n}{r} = \frac{n!}{r!(n-r)!}

Reihenfolge egal: rr aus nn wählen.

Diskrete Verteilungen

Binomial-Wahrscheinlichkeitsfunktion

P(X=k)=(nk)pk(1p)nkP(X = k) = \binom{n}{k} p^k (1-p)^{n-k}

kk Erfolge in nn unabhängigen Versuchen mit Erfolgswahrscheinlichkeit pp.

Binomialer Erwartungswert

μ=np\mu = np

Erwartete Anzahl von Erfolgen.

Binomiale Varianz

σ2=np(1p)\sigma^2 = np(1-p)

Streuung der Binomialverteilung.

Poisson-Wahrscheinlichkeitsfunktion

P(X=k)=λkeλk!P(X = k) = \frac{\lambda^k e^{-\lambda}}{k!}

Anzahl seltener Ereignisse mit mittlerer Rate λ\lambda.

Normalverteilung

Dichtefunktion

f(x)=1σ2πexp ⁣((xμ)22σ2)f(x) = \frac{1}{\sigma\sqrt{2\pi}} \exp\!\bigl(-\tfrac{(x-\mu)^2}{2\sigma^2}\bigr)

Glockenkurve, Mittelwert μ\mu, Standardabweichung σ\sigma.

Z-Wert

z=xμσz = \frac{x - \mu}{\sigma}

Standardisieren, um über Verteilungen hinweg zu vergleichen.

Standardnormalverteilung

ZN(0,1)Z \sim N(0, 1)

Nach der Z-Wert-Transformation.

68-95-99,7-Regel

P(Xμ<kσ): 0.68, 0.95, 0.997P(|X - \mu| < k\sigma):\ 0.68,\ 0.95,\ 0.997

Für k=1,2,3k = 1, 2, 3 — nur für normalverteilte Daten gültig.

Inferenzstatistik

Standardfehler des Mittelwerts

SE=snSE = \frac{s}{\sqrt{n}}

Standardabweichung von xˉ\bar{x} als Schätzer.

Konfidenzintervall (Mittelwert, $\sigma$ bekannt)

xˉ±zα/2σn\bar{x} \pm z_{\alpha/2} \cdot \frac{\sigma}{\sqrt{n}}

zα/2=1.96z_{\alpha/2} = 1.96 für 95%-KI.

t-Statistik (eine Stichprobe)

t=xˉμ0s/nt = \frac{\bar{x} - \mu_0}{s/\sqrt{n}}

Test Mittelwert = μ0\mu_0, wenn σ\sigma unbekannt.

Chi-Quadrat-Statistik

χ2=(OiEi)2Ei\chi^2 = \sum \frac{(O_i - E_i)^2}{E_i}

Anpassungs- / Unabhängigkeitstest für kategoriale Daten.

Lineare Regression

Steigung

b1=(xixˉ)(yiyˉ)(xixˉ)2b_1 = \frac{\sum (x_i - \bar{x})(y_i - \bar{y})}{\sum (x_i - \bar{x})^2}

Steigung der besten Anpassung (kleinste Quadrate).

Achsenabschnitt

b0=yˉb1xˉb_0 = \bar{y} - b_1 \bar{x}

Zwingt die Gerade durch (xˉ,yˉ)(\bar{x}, \bar{y}).

Pearson-Korrelation

r=(xixˉ)(yiyˉ)(xixˉ)2(yiyˉ)2r = \frac{\sum (x_i - \bar{x})(y_i - \bar{y})}{\sqrt{\sum (x_i - \bar{x})^2 \sum (y_i - \bar{y})^2}}

Stärke und Richtung der linearen Beziehung, r[1,1]r \in [-1, 1].

Bestimmtheitsmaß

R2=r2R^2 = r^2

Anteil der Varianz in yy, der durch xx erklärt wird.