WISSENSARTIKEL / MATHEMATIK & STATISTIK

Stichprobenvarianz

Grundlagen, Berechnung und Bedeutung der Stichprobenvarianz in der Statistik

◎ KURZDEFINITION

Stichprobenvarianz Die Stichprobenvarianz ist ein Maß für die durchschnittliche quadratische Abweichung der Beobachtungswerte einer Stichprobe vom Stichprobenmittelwert.

Eigenständig verständliche Definition
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Das Wichtigste auf einen Blick

  • Die Stichprobenvarianz misst die Streuung der Daten innerhalb einer Stichprobe.
  • Sie wird berechnet als durchschnittliche quadratische Abweichung vom Stichprobenmittelwert, dividiert durch (n-1).
  • Die Verwendung von (n-1) als Nenner korrigiert die Verzerrung und macht die Stichprobenvarianz zu einem unverzerrten Schätzer der Populationsvarianz.
  • Die Stichprobenvarianz ist Grundlage für viele statistische Tests und Konfidenzintervalle.
  • Sie unterscheidet sich von der Populationsvarianz, die die Streuung aller Werte in der Grundgesamtheit beschreibt.
  • Die Stichprobenvarianz ist immer nicht negativ und hat die gleiche Einheit wie die quadrierten Messwerte.
01

Überblick: Stichprobenvarianz

In der Statistik beschreibt die Stichprobenvarianz, wie stark die einzelnen Werte einer Stichprobe um ihren Mittelwert streuen. Sie ist ein unverzichtbares Werkzeug zur Analyse von Daten und Grundlage für viele inferenzstatistische Methoden. Die Stichprobenvarianz wird verwendet, um Rückschlüsse auf die Varianz der gesamten Population zu ziehen, insbesondere wenn nur eine Teilmenge der Daten vorliegt.

02

Definition der Stichprobenvarianz

Die Stichprobenvarianz ist ein statistisches Maß, das angibt, wie stark die Werte einer Stichprobe um ihren Mittelwert streuen. Sie wird berechnet, indem man die quadrierten Abweichungen jedes Werts vom Stichprobenmittelwert summiert und diese Summe durch (n-1) teilt, wobei n die Anzahl der Beobachtungen ist.

03

Berechnung der Stichprobenvarianz

Die Formel für die Stichprobenvarianz lautet: s² = (1/(n-1)) * Σ (xᵢ - x̄)². Hierbei ist xᵢ der i-te Wert der Stichprobe, x̄ der Stichprobenmittelwert und n die Anzahl der Werte. Die Division durch (n-1) anstelle von n korrigiert die Verzerrung und liefert einen unverzerrten Schätzer der Populationsvarianz.

04

Unterschied zur Populationsvarianz

Die Populationsvarianz berechnet die Streuung aller Werte in der Grundgesamtheit, während die Stichprobenvarianz nur auf den Daten einer Stichprobe basiert. Die Populationsvarianz wird durch Division der quadrierten Abweichungen durch n berechnet, die Stichprobenvarianz durch Division durch (n-1).

05

Beispielhafte Berechnung der Stichprobenvarianz

Wert (xᵢ)Abweichung (xᵢ - x̄)Quadrat der Abweichung (xᵢ - x̄)²
4-11
724
500
611
3-24
06

Interpretation der Stichprobenvarianz

Eine größere Stichprobenvarianz bedeutet, dass die Werte stärker um den Mittelwert streuen, während eine kleinere Varianz auf eine geringere Streuung hinweist. Die Stichprobenvarianz ist immer positiv oder null, da quadrierte Abweichungen nicht negativ sein können.

07

Anwendung der Stichprobenvarianz

Die Stichprobenvarianz ist Grundlage für viele statistische Verfahren, wie z.B. Hypothesentests, Konfidenzintervalle und Regressionsanalysen. Sie ermöglicht es, Rückschlüsse auf die Variabilität der gesamten Population zu ziehen, wenn nur eine Stichprobe vorliegt.

08

Vorteile und Grenzen der Stichprobenvarianz

Die Stichprobenvarianz ist ein unverzerrter Schätzer der Populationsvarianz und leicht zu berechnen. Allerdings ist sie empfindlich gegenüber Ausreißern und setzt voraus, dass die Stichprobe repräsentativ ist.

09

Alternativen zur Stichprobenvarianz

Neben der Stichprobenvarianz gibt es die Stichprobenstandardabweichung, die die Quadratwurzel der Varianz ist und in der gleichen Einheit wie die Messwerte angegeben wird. Weitere Streuungsmaße sind die Spannweite und der Interquartilsabstand.

◇

Zusatzinformationen

◇

Begriff: Stichprobenvarianz

Formel: s² = (1/(n-1)) * Σ (xᵢ - x̄)²

Einheit: Quadrat der Messgröße (z. B. cm², kg²)

Berechnung: Summe der quadrierten Abweichungen vom Mittelwert geteilt durch (n-1)

Zweck: Schätzung der Varianz der Grundgesamtheit anhand einer Stichprobe

Typ: Statistisches Streuungsmaß

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Synonyme und alternative Bezeichnungen

?

Häufige Fragen zu Stichprobenvarianz

Was ist der Unterschied zwischen Stichprobenvarianz und Populationsvarianz?

Die Stichprobenvarianz wird aus einer Stichprobe berechnet und teilt die Summe der quadrierten Abweichungen durch (n-1), während die Populationsvarianz die Streuung aller Werte einer Grundgesamtheit misst und durch n teilt.

Warum wird bei der Stichprobenvarianz durch (n-1) geteilt?

Die Division durch (n-1) korrigiert die Verzerrung, die entsteht, wenn der Mittelwert der Stichprobe anstelle des Populationsmittelwerts verwendet wird, und sorgt dafür, dass die Stichprobenvarianz ein unverzerrter Schätzer der Populationsvarianz ist.

Wie berechnet man die Stichprobenvarianz?

Man berechnet zuerst den Mittelwert der Stichprobe, dann die Abweichungen jedes Wertes vom Mittelwert, quadriert diese Abweichungen, summiert sie und teilt die Summe durch (n-1).

Wann ist die Stichprobenvarianz sinnvoll einzusetzen?

Sie ist sinnvoll, wenn man die Variabilität einer Grundgesamtheit anhand einer Teilmenge (Stichprobe) schätzen möchte, insbesondere in der inferenzstatistischen Analyse.

Kann die Stichprobenvarianz negativ sein?

Nein, da sie auf quadrierten Abweichungen basiert, ist die Stichprobenvarianz immer null oder positiv.

Wie hängt die Stichprobenvarianz mit der Standardabweichung zusammen?

Die Standardabweichung ist die Quadratwurzel der Stichprobenvarianz und gibt die Streuung in der gleichen Einheit wie die Messwerte an.

▤

Quellen & weiterführende Informationen

Quellenvorschläge und Nachweise zum Artikel. Bitte externe Inhalte eigenständig prüfen.

3 Quellen
  1. 01
    Agentenbasierte Modellierung: Grundlagen und Anwendungen ↗
    Springer Verlag· Michael Schmitt· BuchKI-Vorschlag · ungeprüft

    Grundlagen und Definition der Stichprobenvarianz.

    https://www.springer.com/de/book/9783658281234
  2. 02
    Grundlagen der Statistik ↗
    LMU München· Lehrstuhl für Statistik· UniversitätsvorlesungKI-Vorschlag · ungeprüft

    Erklärung der Berechnung und Anwendung der Stichprobenvarianz.

    https://www.uni-muenchen.de/studium/lehre/veranstaltungen/grundlagen_statistik.html
  3. 03
    Statistik für Dummies ↗
    Wiley· Deborah J. Rumsey· BuchKI-Vorschlag · ungeprüft

    Praktische Beispiele und Interpretation der Stichprobenvarianz.

    https://www.dummies.com/education/math/statistics/

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