Gegeben ist die geordnete Datenreihe \(S=(4; 5; 5; 6; 7; 8; 21)\).
Verwende für die Quartile die Definition, nach der der Median bei einer ungeraden Anzahl von Datenwerten beim Bilden der unteren und oberen Hälfte weggelassen wird.
a) Berechne das arithmetische Mittel und den Median der Datenreihe \(S\).
b) Ersetze den Ausreißer \(21\) durch den Wert \(8\). Welcher der beiden Kennwerte (Mittelwert oder Median) ändert sich dadurch stärker? Begründe durch Rechnung.
c) Gehe wieder von der ursprünglichen Datenreihe \(S\) aus. Ist es möglich, zwei Werte so zu verändern, dass das obere Quartil (\(Q_3\)) größer wird, während das arithmetische Mittel und der Median gleich bleiben? Begründe deine Antwort mit einem Beispiel.
Denkanstöße
- Wie berechnet man den Durchschnitt und wie findet man die Mitte einer Liste?
- Was passiert mit dem Durchschnitt, wenn eine sehr große Zahl viel kleiner wird? Hat das Auswirkungen auf den Wert in der Mitte?
- Wenn du eine Zahl in der Liste größer machst, was musst du mit einer anderen Zahl tun, damit die Gesamtsumme (und damit der Durchschnitt) gleich bleibt?
- Bestimme das obere Quartil als Median der oberen Hälfte; der Median der gesamten Datenreihe wird dabei weggelassen.
Lösung
1. Teil a): Summe \(4+5+5+6+7+8+21 = 56\). Mittelwert \(\bar{x} = 56 : 7 = 8\). Der Median, also der 4. Wert, ist \(6\).
2. Teil b): Die neue Datenreihe ist \(S'=(4; 5; 5; 6; 7; 8; 8)\). Ihre Summe beträgt \(43\). Der neue Mittelwert ist \(\bar{x}' = 43 : 7 \approx 6{,}14\). Der Median bleibt \(6\). Der Mittelwert ändert sich um etwa \(1{,}86\), der Median gar nicht. Daher ändert sich der Mittelwert stärker.
3. Teil c): Bei \(n=7\) ist das obere Quartil der 6. Wert der sortierten Datenreihe, hier also \(8\). Damit der Mittelwert gleich bleibt, muss die Summe weiterhin \(56\) betragen. Damit der Median gleich bleibt, muss der 4. Wert \(6\) bleiben.
4. Erhöhe den 6. Wert von \(8\) auf \(10\) und verringere den 7. Wert von \(21\) auf \(19\). Dadurch bleibt die Summe unverändert.
5. Die neue Datenreihe \(S''=(4; 5; 5; 6; 7; 10; 19)\) hat die Summe \(56\), den Mittelwert \(8\) und den Median \(6\). Das obere Quartil steigt von \(8\) auf \(10\).
Antwort
a) Arithmetisches Mittel: \(8\); Median: \(6\).
b) Der Mittelwert ändert sich stärker: Er sinkt von \(8\) auf etwa \(6{,}14\), während der Median bei \(6\) bleibt.
c) Ja. Ersetzt man \(8\) durch \(10\) und \(21\) durch \(19\), erhält man die Datenreihe \((4; 5; 5; 6; 7; 10; 19)\). Sie hat weiterhin den Mittelwert \(8\) und den Median \(6\), aber das obere Quartil ist \(10\).