Stichprobe und Erhebung

Sample and survey

Mathematik Klasse 11 18 Aufgaben
StatistikStichprobeMedienkompetenz

Aussagen aus Daten sind nur so gut wie die Erhebung: Bei wenigen Befragten schwankt der Anteil stark, bei vielen Antworten kann die Zusammensetzung trotzdem verzerrt sein (freiwillige Teilnahme, nur eine Gruppe), und die Fragestellung legt fest, welche bedingte Wahrscheinlichkeit gemeint ist – der Anteil der Radfahrenden unter den Unfallopfern sagt nichts ĂŒber das Risiko der Radfahrenden (Umkehrfehler). Auch Prozentangaben brauchen ihre BezugsgrĂ¶ĂŸe (Eichler & Vogel 2013). RĂ€umt aus, GrĂ¶ĂŸe der Stichprobe mit ReprĂ€sentativitĂ€t gleichzusetzen. Bereitet Teilmengen, Simpson-Paradox und KausalitĂ€t sowie in Jgst. 12 das Testen vor.

Wie viele?

Ein Ergebnis ist nur so gut wie die Erhebung dahinter. Angenommen, an einer Schule sind genau 50 % fĂŒr einen neuen Pausenhof. Wer nur 10 Personen fragt, erhĂ€lt mal 30 %, mal 70 %. Bei 20 Befragten verschiebt schon eine einzige Antwort den Anteil um 5 Prozentpunkte. Jeder Punkt ist eine solche Umfrage, 20 pro Stufe. Je grĂ¶ĂŸer die Stichprobe, desto enger liegen die Ergebnisse um den wahren Wert. Ein Anteil aus wenigen Antworten ist kein Beleg.

Erhöhe die GrĂ¶ĂŸe der Umfrage. Wie Ă€ndert sich die Breite der Punktwolke?

Wer antwortet?

Viele Antworten sind noch keine gute Stichprobe. Von 1000 Personen sind 600 dafĂŒr und 400 dagegen. Bei freiwilligen Umfragen antworten eher die Betroffenen: Antwortet die HĂ€lfte der BefĂŒrworter (300), aber nur 20 % der Gegner (80), sind 300 von 380 Antworten „dafĂŒr“, also 79 % statt 60 %. Nicht die Zahl der Antworten entscheidet, sondern die Zusammensetzung der Antwortenden. Eine gute Stichprobe wird zufĂ€llig gezogen und mischt die Gruppen wie die Gesamtheit; wer nur am FahrradstĂ€nder fragt, erfĂ€hrt etwas ĂŒber den FahrradstĂ€nder.

Bei welcher Antwortquote der Gegner zeigt die Umfrage den wahren Anteil von 60 %?

Was wird gefragt?

Die Fragestellung legt fest, welche bedingte Wahrscheinlichkeit gemeint ist. „20 % der Unfallopfer sind Radfahrende“ ist , ein Anteil unter den Opfern. Über die Gefahr sagt erst etwas: Fahren 20 000 von 100 000 Personen Rad und verunglĂŒcken 200 von ihnen, sind es 1 % – wie bei den Zufußgehenden. Das ist der Umkehrfehler aus dem Test. Auch Prozentangaben brauchen ihre BezugsgrĂ¶ĂŸe: Von 10 auf 20 FĂ€lle ist +100 %, von 1000 auf 1100 nur +10 % – obwohl es dort 100 statt 10 FĂ€lle mehr sind. Und eine Achse, die nicht bei 0 beginnt, lĂ€sst kleine Unterschiede groß wirken. Jede Darstellung deutet die Daten mit.

SĂ€ulendiagramm (Anteil an allen Unfallopfern in %): Radfahrende 20, Autofahrende 60, Zu Fuß 20 0 20 40 60 Anteil an allen Unfallopfern in % 20 Radfahrende 60 Autofahrende 20 Zu Fuß SĂ€ulendiagramm (VerunglĂŒckte je 100 Personen der Gruppe): Radfahrende 1, Autofahrende 1, Zu Fuß 1 0 25 50 75 100 VerunglĂŒckte je 100 Personen der Gruppe 1 Radfahrende 1 Autofahrende 1 Zu Fuß
Oben: Verteilung der Unfallopfer. Unten: Risiko je Gruppe – ĂŒberall 1 %. Derselbe Datensatz, zwei Fragen.
Leicht
Multiple Choice #1 25s ▶ Testen

Eine Umfrage unter 5 Personen ergibt: 4 sind fĂŒr den Umbau des Schulhofs (80 %). Was lĂ€sst sich daraus schließen?

  • ● Wenig, denn der Anteil schwankt bei 5 Befragten stark.
  • ○ Mit großer Sicherheit sind etwa 80 % der Schule dafĂŒr.
  • ○ Genau 80 % der Schule sind dafĂŒr.
Mit 5 Personen Ă€ndert schon eine andere Antwort den Anteil um 20 Prozentpunkte. Ein Ergebnis aus so wenigen Antworten ist kein Beleg fĂŒr die ganze Schule.
Multiple Choice #2 35s ▶ Testen

Das Bild zeigt die Ergebnisse von 20 Umfragen zur selben Frage, in Wirklichkeit sind genau 50 % dafĂŒr. Wie viele Personen wurden pro Umfrage etwa befragt?

  • ● etwa 10
  • ○ etwa 100
  • ○ etwa 1000
Die Ergebnisse streuen von 20 % bis 70 %. So stark schwankt der Anteil nur bei wenigen Befragten; bei 1000 Befragten lÀgen fast alle Punkte zwischen 46 % und 54 %.
Wahr / Falsch #3 20s ▶ Testen

Ein Ergebnis von 60 % aus 10 Befragten ist genauso zuverlÀssig wie 60 % aus 1000 Befragten.

✓ Falsch
Bei 10 Befragten schwankt der Anteil von Umfrage zu Umfrage um viele Prozentpunkte, bei 1000 nur um wenige. Die kleine Stichprobe sagt deutlich weniger ĂŒber den wahren Anteil.
Multiple Choice #4 30s ▶ Testen

Ein Sender fragt online: „Sind Sie fĂŒr ein Tempolimit?“ 20 000 Personen klicken mit, 85 % sagen ja. Welche Aussage ĂŒber das Ergebnis stimmt?

  • ● Es zeigt die Meinung der Teilnehmenden, nicht der Bevölkerung.
  • ○ Es gilt fĂŒr die Bevölkerung, denn 20 000 Personen sind viele.
  • ○ Es gilt fĂŒr die Bevölkerung, denn 85 % ist ein klares Ergebnis.
Wer freiwillig online abstimmt, ist nicht zufÀllig ausgewÀhlt: Meist antworten die, denen das Thema wichtig ist. Die Zahl der Antworten ersetzt keine gute Auswahl.
Wahr / Falsch #5 20s ▶ Testen

Um zu erfahren, wie viele SchĂŒler:innen mit dem Rad kommen, werden an drei zufĂ€llig gewĂ€hlten Schultagen alle SchĂŒler:innen beim Betreten des Schulhauses nach ihrem Verkehrsmittel gefragt. Das ist eine brauchbare Stichprobe fĂŒr die ganze Schule.

✓ Wahr
Alle Personen an zufĂ€lligen Tagen zu befragen mischt die Gruppen: Niemand ist durch die Art der Erhebung bevorzugt oder ausgeschlossen. Anders wĂ€re es, wenn nur die Personen am FahrradstĂ€nder befragt wĂŒrden.
Multiple Choice #6 30s ▶ Testen

„40 % der Opfer von Handydiebstahl sind Jugendliche.“ Welcher Anteil ist damit gemeint?

  • ● der Anteil der Jugendlichen unter den Opfern
  • ○ der Anteil der Opfer unter den Jugendlichen
  • ○ der Anteil jugendlicher Opfer an allen Personen
Die Bedingung steht hinter „unter den 
“: hier sind die Opfer der Grundraum. „Anteil der Opfer unter den Jugendlichen“ wĂ€re eine andere bedingte Wahrscheinlichkeit und könnte ganz anders ausfallen (Umkehrfehler).
Wahr / Falsch #7 30s ▶ Testen

Radfahrende stellen 20 % der Unfallopfer, Zufußgehende ebenfalls 20 %. Also ist Radfahren pro Person so gefĂ€hrlich wie Zufußgehen.

✓ Falsch
Die Zahl sagt, wie sich die Opfer verteilen, nicht, wie viele Personen unterwegs sind. FĂŒr die Gefahr braucht man P_Rad(Unfall) und P_Zu Fuß(Unfall) – dafĂŒr fehlen die Zahlen der Radfahrenden und Zufußgehenden.
Multiple Choice #8 35s ▶ Testen

In Ort A stiegen die FĂ€lle von 10 auf 20, in Stadt B von 1000 auf 1100. Wo ist der relative Anstieg grĂ¶ĂŸer?

  • ● in Ort A (+100 % gegen +10 %)
  • ○ in Stadt B (100 FĂ€lle mehr gegen 10 FĂ€lle mehr)
  • ○ bei beiden gleich groß
Relativ ist der Anstieg der Quotient aus Zunahme und Ausgangswert: A: 10 : 10 = 100 %, B: 100 : 1000 = 10 %. Die grĂ¶ĂŸere absolute Zahl in B (100 gegen 10) sagt darĂŒber nichts.
Wahr / Falsch #9 25s ▶ Testen

Die Achse beginnt bei 80. Der Balken B wirkt dadurch mehr als doppelt so hoch wie A, ist aber (85 gegen 82) nur wenig grĂ¶ĂŸer.

✓ Wahr
Ein abgeschnittener Achsenbeginn (hier 80 statt 0) vergrĂ¶ĂŸert kleine Unterschiede optisch. 85 : 82 ≈ 1,04, nicht mehr als 2.
Mittel
Zahleneingabe #1 20s ▶ Testen

Bei einer Umfrage mit 40 Befragten sind 26 dafĂŒr. Wie viel Prozent sind das?

✓ Antwort: 65
26 : 40 = 0,65 = 65 %.
Zahleneingabe #2 20s ▶ Testen

400 Personen sind dagegen, davon antworten 20 %. Wie viele Gegner antworten?

✓ Antwort: 80
20 % von 400 = 80 Antworten.
Zahleneingabe #3 35s ▶ Testen

Von 1000 Unfallopfern sind 200 Radfahrende. Insgesamt fahren 20 000 Personen Rad. Wie viel Prozent der Radfahrenden verunglĂŒcken?

✓ Antwort: 1
P_Rad(Unfall) = 200 : 20 000 = 0,01 = 1 %. Die 20 % der Opfer sind eine andere Zahl.
Zahleneingabe #4 20s ▶ Testen

Die Zahl der FĂ€lle steigt von 1 auf 3. Um wie viel Prozent ist sie gestiegen?

✓ Antwort: 200
Die Zunahme ist 2, bezogen auf den Ausgangswert 1: 2 : 1 = 200 %.
Schwer
Zahleneingabe #1 30s ▶ Testen

In einer Umfrage mit 20 Befragten antwortet eine einzelne Person anders. Um wie viele Prozentpunkte Àndert sich der Anteil dadurch?

✓ Antwort: 5
Jede Person macht 1 : 20 = 0,05 = 5 Prozentpunkte aus. Bei kleinen Stichproben verschiebt schon ein einzelner Befragter das Ergebnis merklich.
Zahleneingabe #2 45s ▶ Testen

1000 Personen, davon sind 700 dafĂŒr und 300 dagegen. Von den BefĂŒrwortern antworten 20 %, von den Gegnern 80 %. Wie viel Prozent der Antworten sind „dafĂŒr“ (auf ganze Prozent)?

✓ Antwort: 37
Antworten: 140 dafĂŒr (20 % von 700) und 240 dagegen (80 % von 300), zusammen 380. Anteil dafĂŒr: 140 : 380 ≈ 0,368 ≈ 37 % – obwohl in Wirklichkeit 70 % dafĂŒr sind.
Zahleneingabe #3 50s ▶ Testen

Unter 6000 Autofahrenden verunglĂŒcken 60, unter 2000 Radfahrenden 30. Um wie viele Prozentpunkte ist das Unfallrisiko der Radfahrenden höher?

✓ Antwort: 0.5
P_Rad(Unfall) = 30 : 2000 = 1,5 %, P_Auto(Unfall) = 60 : 6000 = 1 %. Die Differenz betrÀgt 0,5 Prozentpunkte. Die absoluten Zahlen (30 gegen 60) tÀuschen.
Zahleneingabe #4 45s ▶ Testen

Werk A hat 8 fehlerhafte Teile bei 400 Teilen, Werk B 12 fehlerhafte bei 1000. Um wie viele Prozentpunkte ist die Fehlerquote von Werk A höher?

✓ Antwort: 0.8
Werk A: 8 : 400 = 2 %, Werk B: 12 : 1000 = 1,2 %. Differenz 0,8 Prozentpunkte – obwohl Werk B absolut mehr Fehler hat.
KI-bewertete Rechnung #5 300s ▶ Testen

An einer Schule mit 2000 SchĂŒler:innen sind 60 % fĂŒr lĂ€ngere Öffnungszeiten der BĂŒcherei. Bei einer freiwilligen Umfrage antworten 25 % der BefĂŒrworter und 80 % der Gegner. Berechne, wie viele Personen antworten und wie viel Prozent der Antworten „dafĂŒr“ sind. Vergleiche mit dem wahren Anteil und erklĂ€re die Abweichung. Schreibe deine Rechnung auf Papier und fotografiere sie.

✓ Antwort: BefĂŒrworter: 60 % von 2000 = 1200, davon antworten 25 % = 300. Gegner: 800, davon antworten 80 % = 640. Antworten insgesamt 940. Anteil dafĂŒr: 300 : 940 ≈ 0,319 ≈ 32 %, wahr sind 60 %. Die Gegner antworten viel hĂ€ufiger, deshalb ist die Stichprobe verzerrt – nicht die Zahl, sondern die Zusammensetzung der Antwortenden bestimmt das Ergebnis.
Die RĂŒcklaufquoten sind verschieden (25 % gegen 80 %), deshalb sind die Antwortenden keine Miniaturausgabe der Schule: 300 : 940 ≈ 32 % statt 60 %.