App öffnen

Fächer

Grundlagen der Stochastik und Binomialverteilung

Öffnen

16

0

user profile picture

sarah

12.5.2023

Mathe

Stochastik

Grundlagen der Stochastik und Binomialverteilung

Die Stochastik ist ein faszinierendes Teilgebiet der Mathematik, das sich mit der Analyse von Zufallsexperimenten und Wahrscheinlichkeiten beschäftigt. In der 11. Klasse begegnen Schülerinnen und Schüler wichtigen Konzepten wie der Binomialverteilung, dem Erwartungswert und der Standardabweichung. Diese statistischen Werkzeuge ermöglichen es uns, zufällige Ereignisse zu modellieren und Wahrscheinlichkeiten zu berechnen. Die Bernoulli-Kette als spezielles Zufallsexperiment mit nur zwei möglichen Ausgängen bildet dabei die Grundlage für viele praktische Anwendungen - vom Wetter über Flugbuchungen bis hin zu Schulumfragen. Mit dem erlernten Wissen können wir Vorhersagen treffen und fundierte Entscheidungen unter Unsicherheit fällen.

...

12.5.2023

1309

stochastik
·Kenngrößen von Wahrscheinlichkeitsverteilungen
Binomialvertedung bernoulli-kette
Zufallsexperiment mit nur aver Ergebnissen
Erfo

Öffnen

Kenngrößen von Wahrscheinlichkeitsverteilungen - Binomialverteilung

Die mathematische Analyse binomialverteilter Zufallsgrößen erlaubt es uns, komplexe Probleme zu lösen:

  • Wir können berechnen, wie wahrscheinlich bestimmte Ereignisse sind
  • Wir können Schätzungen über den zu erwartenden Bereich möglicher Ergebnisse abgeben
  • Wir können fundierte Entscheidungen unter Unsicherheit treffen

Diese stochastischen Methoden finden Anwendung in vielen Bereichen wie Wirtschaft, Medizin und Naturwissenschaften.

Beispiel: Wenn bei einer Befragung 48% der Schüler regelmäßig YouTube nutzen, können wir mit Hilfe der Binomialverteilung berechnen, wie wahrscheinlich es ist, dass in einer zufälligen Stichprobe von 25 Schülern mindestens 15 YouTube-Nutzer sind.

stochastik
·Kenngrößen von Wahrscheinlichkeitsverteilungen
Binomialvertedung bernoulli-kette
Zufallsexperiment mit nur aver Ergebnissen
Erfo

Öffnen

Bernoulli-Kette

Der Binomialkoeffizient (nk)\binom{n}{k} in der Bernoulli-Formel gibt die Anzahl der möglichen Pfade im Baumdiagramm an, die zu genau k Erfolgen führen.

  • Er berechnet sich als (nk)=n!k!(nk)!\binom{n}{k} = \frac{n!}{k!(n-k)!}
  • Jeder dieser Pfade hat die Wahrscheinlichkeit pk(1p)nkp^k \cdot (1-p)^{n-k}
  • Die Gesamtwahrscheinlichkeit ergibt sich durch Multiplikation dieser beiden Faktoren

Mit Hilfe eines Grafikrechners kann man Wahrscheinlichkeiten für binomialverteilte Zufallsgrößen berechnen:

  • Die Funktion binomPdfn,p,kn,p,k berechnet die Wahrscheinlichkeit für genau k Erfolge

Tipp für die Praxis: Bei der Modellierung realer Probleme mit der Binomialverteilung prüfen Sie immer, ob alle drei Bedingungen erfüllt sind: zwei mögliche Ausgänge, Unabhängigkeit der Versuche und konstante Trefferwahrscheinlichkeit.

stochastik
·Kenngrößen von Wahrscheinlichkeitsverteilungen
Binomialvertedung bernoulli-kette
Zufallsexperiment mit nur aver Ergebnissen
Erfo

Öffnen

Standardabweichung

Die Standardabweichung hilft uns, die Genauigkeit von Vorhersagen einzuschätzen und mögliche Abweichungen zu quantifizieren.

Praktische Anwendung der Sigmaregeln:

  • Die 68,3%-Regel 1σRegel1σ-Regel gibt einen wahrscheinlichen Bereich für alltägliche Schwankungen an
  • Die 95,4%-Regel 2σRegel2σ-Regel wird häufig für Prognosen und Konfidenzintervalle verwendet
  • Die 99,7%-Regel 3σRegel3σ-Regel dient der Identifikation sehr unwahrscheinlicher Ereignisse

Bei der Rundung der Intervallgrenzen gilt:

  • Untere Grenze: aufrunden, wenn negativ oder Dezimalbruch
  • Obere Grenze: abrunden

Praxistipp: Der Erwartungswert einer binomialverteilten Zufallsgröße muss nicht ganzzahlig sein, obwohl die Zufallsgröße selbst nur ganzzahlige Werte annimmt. Beispielsweise ist der Erwartungswert für die Anzahl der Sonntagskinder μ = 3, aber die tatsächliche Anzahl ist immer eine ganze Zahl zwischen 0 und 21.

stochastik
·Kenngrößen von Wahrscheinlichkeitsverteilungen
Binomialvertedung bernoulli-kette
Zufallsexperiment mit nur aver Ergebnissen
Erfo

Öffnen

Binompdf und Binomcdf

Praktische Anwendungsbeispiele für Berechnungen mit binomPdf und binomCdf:

  1. Exakte Wahrscheinlichkeit für eine bestimmte Anzahl: Fragestellung: "Mit welcher Wahrscheinlichkeit sind genau 3 von 10 Produkten fehlerhaft?" Berechnung: PX=3X=3 = binomPdf10,0.2,310,0.2,3
  2. Wahrscheinlichkeit für ein Intervall: Fragestellung: "Mit welcher Wahrscheinlichkeit sind zwischen 5 und 8 Teilnehmer erfolgreich?" Berechnung: P5X85≤X≤8 = binomCdf20,0.3,5,820,0.3,5,8
  3. Wahrscheinlichkeit für "mindestens k Erfolge": Fragestellung: "Mit welcher Wahrscheinlichkeit sind mindestens 2 Treffer zu erwarten?" Berechnung: PX2X≥2 = binomCdf10,0.4,2,1010,0.4,2,10 oder 1-binomCdf10,0.4,0,110,0.4,0,1

Wichtige Formeln:

  • Genau k Erfolge: PX=kX=k = binomPdfn,p,kn,p,k
  • Höchstens k Erfolge: PXkX≤k = binomCdfn,p,0,kn,p,0,k
  • Mindestens k Erfolge: PXkX≥k = binomCdfn,p,k,nn,p,k,n = 1-binomCdfn,p,0,k1n,p,0,k-1
  • Zwischen a und b Erfolge: PaXba≤X≤b = binomCdfn,p,a,bn,p,a,b
stochastik
·Kenngrößen von Wahrscheinlichkeitsverteilungen
Binomialvertedung bernoulli-kette
Zufallsexperiment mit nur aver Ergebnissen
Erfo

Öffnen

Erwartungswert

Bei wiederholten Zufallsexperimenten ist der Erwartungswert eine wichtige Orientierungsgröße:

  • Der Erwartungswert gibt an, welches Ergebnis im Mittel zu erwarten ist
  • Die Standardabweichung gibt an, wie stark die einzelnen Ergebnisse vom Erwartungswert abweichen können
  • Zusammen bieten beide Kenngrößen ein vollständigeres Bild der Wahrscheinlichkeitsverteilung

Für praktische Anwendungen ist es wichtig zu verstehen:

  • Der Erwartungswert ist ein theoretischer Wert, der bei einzelnen Durchführungen nicht unbedingt auftritt
  • Bei einer großen Anzahl von Wiederholungen nähern sich die durchschnittlichen Ergebnisse dem Erwartungswert an

Gesetz der großen Zahlen: Bei einer sehr großen Anzahl von unabhängigen Wiederholungen eines Zufallsexperiments nähert sich die relative Häufigkeit eines Ereignisses seiner Wahrscheinlichkeit an. Entsprechend nähert sich der durchschnittliche Wert einer Zufallsgröße ihrem Erwartungswert an.

stochastik
·Kenngrößen von Wahrscheinlichkeitsverteilungen
Binomialvertedung bernoulli-kette
Zufallsexperiment mit nur aver Ergebnissen
Erfo

Öffnen

Stochastik-Aufgaben: Autohersteller und Lampen

Ein praktisches Beispiel aus der Qualitätskontrolle:

Ein Autohersteller bestellt Scheinwerferlampen, wobei erfahrungsgemäß 4% der Lampen fehlerhaft sind.

a) Erwartete Anzahl fehlerhafter Lampen in einer Lieferung von 5000 Stück:

  • Erwartungswert μ = n·p = 5000·0,04 = 200
  • Standardabweichung σ = √np(1pn·p·(1-p) = √50000,040,965000·0,04·0,96 ≈ 13,9

b) Benötigte Bestellmenge für mindestens 6000 fehlerfreie Lampen:

  • 1p1-p = 6000
  • n·0,96 = 6000
  • n = 6000/0,96 = 6250 Lampen

c) Intervall für die Anzahl fehlerhafter Lampen bei 3000 Stück mit 99,7% Sicherheit:

  • Erwartungswert μ = 3000·0,04 = 120
  • Standardabweichung σ = √30000,040,963000·0,04·0,96 ≈ 10,8
  • 3σ-Intervall: 120310,8;120+310,8120-3·10,8; 120+3·10,8 = 87,6;152,487,6; 152,488;15288; 152

Wichtige Anwendung: Der Erwartungswert und die Standardabweichung helfen bei der Planung von Bestellmengen und Lagerbeständen. Das 3σ-Intervall ist besonders nützlich, wenn eine sehr hohe Sicherheit 99,799,7% erforderlich ist, etwa bei der Dimensionierung von Sicherheitsbeständen oder Qualitätskontrollen.

stochastik
·Kenngrößen von Wahrscheinlichkeitsverteilungen
Binomialvertedung bernoulli-kette
Zufallsexperiment mit nur aver Ergebnissen
Erfo

Öffnen

Stochastik: Regeln im Baumdiagramm

Für komplexere Fragestellungen werden Baumdiagramme mit bedingten Wahrscheinlichkeiten kombiniert:

  • Bedingte Wahrscheinlichkeiten geben die Wahrscheinlichkeit eines Ereignisses unter der Bedingung an, dass ein anderes Ereignis bereits eingetreten ist
  • Im Baumdiagramm stehen diese auf den Ästen der zweiten und weiteren Stufen
  • Die Notation PABA|B bezeichnet die Wahrscheinlichkeit für A unter der Bedingung, dass B eingetreten ist

Beispiel für die Anwendung dieser Konzepte:

  • Eine Umfrage wird bei 125 Männern und 125 Frauen durchgeführt
  • 56% der Männer und 40% der Frauen nutzen YouTube zur Vorbereitung
  • Die Zufallsgröße "Nutzt YouTube" kann die Werte 1 jaja oder 0 neinnein annehmen
  • Die Wahrscheinlichkeit, dass eine zufällig ausgewählte Person YouTube nutzt, beträgt: PYTYT = Pww · PYTwYT|w + Pmm · PYTmYT|m = 0,5 · 0,4 + 0,5 · 0,56 = 0,48

Wichtige Formel: Die Formel PABA∩B = PBB · PABA|B beschreibt die Wahrscheinlichkeit für das Eintreten beider Ereignisse A und B. Diese wird im Baumdiagramm durch Multiplikation der Wahrscheinlichkeiten entlang eines Pfades berechnet.

stochastik
·Kenngrößen von Wahrscheinlichkeitsverteilungen
Binomialvertedung bernoulli-kette
Zufallsexperiment mit nur aver Ergebnissen
Erfo

Öffnen

Erwartungswert und Standardabweichung

Die praktische Anwendung von Erwartungswert und Standardabweichung umfasst viele Bereiche:

  • Qualitätskontrolle: Berechnung der erwarteten Anzahl defekter Produkte
  • Versicherungsmathematik: Kalkulation von Prämienhöhen basierend auf erwarteten Schäden
  • Finanzwesen: Bewertung von Anlagerisiken anhand der Standardabweichung der Rendite
  • Spieltheorie: Beurteilung, ob ein Glücksspiel fair ist

Besonders wichtig ist das Verständnis dieser Kenngrößen für die Binomialverteilung:

  • Der Erwartungswert μ = n·p gibt an, wie viele Erfolge bei n Versuchen im Mittel zu erwarten sind
  • Die Standardabweichung σ = √np(1pn·p·(1-p) gibt an, wie stark die tatsächliche Anzahl der Erfolge vom Erwartungswert abweichen kann
  • Mit den Sigmaregeln kann man Intervalle um den Erwartungswert angeben, in denen die Zufallsgröße mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit liegt

Anwendungsbeispiel: Bei einer Klausur mit 30 Multiple-Choice-Fragen und jeweils 4 Antwortmöglichkeiten beträgt die Ratewahrscheinlichkeit p = 0,25. Der Erwartungswert für einen Schüler, der nur rät, ist μ = 30 · 0,25 = 7,5 Punkte. Die Standardabweichung beträgt σ = √300,250,7530 · 0,25 · 0,75 ≈ 2,4 Punkte. Mit 95,4% Wahrscheinlichkeit liegt die Punktzahl zwischen 2,7 und 12,3 Punkten.

stochastik
·Kenngrößen von Wahrscheinlichkeitsverteilungen
Binomialvertedung bernoulli-kette
Zufallsexperiment mit nur aver Ergebnissen
Erfo

Öffnen

Bernoulli-Formel und Binomialverteilung

Die praktische Anwendung der Bernoulli-Formel und Binomialverteilung umfasst viele Bereiche:

Qualitätskontrolle:

  • Bei einer Stichprobe von 20 Produkten mit einer Fehlerrate von 3%: Mit welcher Wahrscheinlichkeit sind höchstens 2 Produkte fehlerhaft?
  • PX2X≤2 = binomCdf20,0.03,0,220,0.03,0,2 ≈ 0,992 = 99,2%

Medizinische Tests:

  • Bei einem Screening-Test mit 5% falsch-positiven Ergebnissen: Mit welcher Wahrscheinlichkeit erhalten bei 100 gesunden Personen mindestens 8 ein falsch-positives Ergebnis?
  • PX8X≥8 = 1-PX7X≤7 = 1-binomCdf100,0.05,0,7100,0.05,0,7 ≈ 0,16 = 16%

Wahlprognosen:

  • Wenn ein Kandidat mit einer Wahrscheinlichkeit von 52% gewählt wird: Mit welcher Wahrscheinlichkeit gewinnt er in mindestens 3 von 5 Wahlkreisen?
  • PX3X≥3 = binomCdf5,0.52,3,55,0.52,3,5 ≈ 0,55 = 55%

Modellierungshinweis: Bei der Anwendung der Binomialverteilung ist es wichtig zu prüfen, ob die Voraussetzungen erfüllt sind: 11 feste Anzahl von Versuchen, 22 zwei mögliche Ausgänge pro Versuch, 33 konstante Erfolgswahrscheinlichkeit und 44 Unabhängigkeit der Versuche. Besonders die Unabhängigkeit kann in realen Situationen verletzt sein, etwa wenn bei einer Stichprobe ohne Zurücklegen die Grundgesamtheit klein ist.

Nichts passendes dabei? Erkunde andere Fachbereiche.

Knowunity ist die #1 unter den Bildungs-Apps in fünf europäischen Ländern

Knowunity wurde bei Apple als "Featured Story" ausgezeichnet und hat die App-Store-Charts in der Kategorie Bildung in Deutschland, Italien, Polen, der Schweiz und dem Vereinigten Königreich regelmäßig angeführt. Werde noch heute Mitglied bei Knowunity und hilf Millionen von Schüler:innen auf der ganzen Welt.

Ranked #1 Education App

Laden im

Google Play

Laden im

App Store

Knowunity ist die #1 unter den Bildungs-Apps in fünf europäischen Ländern

4.9+

Durchschnittliche App-Bewertung

21 M

Schüler:innen lieben Knowunity

#1

In Bildungs-App-Charts in 17 Ländern

950 K+

Schüler:innen haben Lernzettel hochgeladen

Immer noch nicht überzeugt? Schau dir an, was andere Schüler:innen sagen...

iOS User

Ich liebe diese App so sehr, ich benutze sie auch täglich. Ich empfehle Knowunity jedem!! Ich bin damit von einer 4 auf eine 1 gekommen :D

Philipp, iOS User

Die App ist sehr einfach und gut gestaltet. Bis jetzt habe ich immer alles gefunden, was ich gesucht habe :D

Lena, iOS Userin

Ich liebe diese App ❤️, ich benutze sie eigentlich immer, wenn ich lerne.

 

Mathe

1.309

12. Mai 2023

16 Seiten

Grundlagen der Stochastik und Binomialverteilung

user profile picture

sarah

@sarah.brhss

Die Stochastik ist ein faszinierendes Teilgebiet der Mathematik, das sich mit der Analyse von Zufallsexperimenten und Wahrscheinlichkeiten beschäftigt. In der 11. Klasse begegnen Schülerinnen und Schüler wichtigen Konzepten wie der Binomialverteilung, dem Erwartungswert und der Standardabweichung. Diese statistischen Werkzeuge ermöglichen... Mehr anzeigen

stochastik
·Kenngrößen von Wahrscheinlichkeitsverteilungen
Binomialvertedung bernoulli-kette
Zufallsexperiment mit nur aver Ergebnissen
Erfo

Melde dich an, um den Inhalt freizuschaltenEs ist kostenlos!

Zugriff auf alle Dokumente

Verbessere deine Noten

Werde Teil der Community

Mit der Anmeldung akzeptierst du die Nutzungsbedingungen und die Datenschutzrichtlinie

Kenngrößen von Wahrscheinlichkeitsverteilungen - Binomialverteilung

Die mathematische Analyse binomialverteilter Zufallsgrößen erlaubt es uns, komplexe Probleme zu lösen:

  • Wir können berechnen, wie wahrscheinlich bestimmte Ereignisse sind
  • Wir können Schätzungen über den zu erwartenden Bereich möglicher Ergebnisse abgeben
  • Wir können fundierte Entscheidungen unter Unsicherheit treffen

Diese stochastischen Methoden finden Anwendung in vielen Bereichen wie Wirtschaft, Medizin und Naturwissenschaften.

Beispiel: Wenn bei einer Befragung 48% der Schüler regelmäßig YouTube nutzen, können wir mit Hilfe der Binomialverteilung berechnen, wie wahrscheinlich es ist, dass in einer zufälligen Stichprobe von 25 Schülern mindestens 15 YouTube-Nutzer sind.

stochastik
·Kenngrößen von Wahrscheinlichkeitsverteilungen
Binomialvertedung bernoulli-kette
Zufallsexperiment mit nur aver Ergebnissen
Erfo

Melde dich an, um den Inhalt freizuschaltenEs ist kostenlos!

Zugriff auf alle Dokumente

Verbessere deine Noten

Werde Teil der Community

Mit der Anmeldung akzeptierst du die Nutzungsbedingungen und die Datenschutzrichtlinie

Bernoulli-Kette

Der Binomialkoeffizient (nk)\binom{n}{k} in der Bernoulli-Formel gibt die Anzahl der möglichen Pfade im Baumdiagramm an, die zu genau k Erfolgen führen.

  • Er berechnet sich als (nk)=n!k!(nk)!\binom{n}{k} = \frac{n!}{k!(n-k)!}
  • Jeder dieser Pfade hat die Wahrscheinlichkeit pk(1p)nkp^k \cdot (1-p)^{n-k}
  • Die Gesamtwahrscheinlichkeit ergibt sich durch Multiplikation dieser beiden Faktoren

Mit Hilfe eines Grafikrechners kann man Wahrscheinlichkeiten für binomialverteilte Zufallsgrößen berechnen:

  • Die Funktion binomPdfn,p,kn,p,k berechnet die Wahrscheinlichkeit für genau k Erfolge

Tipp für die Praxis: Bei der Modellierung realer Probleme mit der Binomialverteilung prüfen Sie immer, ob alle drei Bedingungen erfüllt sind: zwei mögliche Ausgänge, Unabhängigkeit der Versuche und konstante Trefferwahrscheinlichkeit.

stochastik
·Kenngrößen von Wahrscheinlichkeitsverteilungen
Binomialvertedung bernoulli-kette
Zufallsexperiment mit nur aver Ergebnissen
Erfo

Melde dich an, um den Inhalt freizuschaltenEs ist kostenlos!

Zugriff auf alle Dokumente

Verbessere deine Noten

Werde Teil der Community

Mit der Anmeldung akzeptierst du die Nutzungsbedingungen und die Datenschutzrichtlinie

Standardabweichung

Die Standardabweichung hilft uns, die Genauigkeit von Vorhersagen einzuschätzen und mögliche Abweichungen zu quantifizieren.

Praktische Anwendung der Sigmaregeln:

  • Die 68,3%-Regel 1σRegel1σ-Regel gibt einen wahrscheinlichen Bereich für alltägliche Schwankungen an
  • Die 95,4%-Regel 2σRegel2σ-Regel wird häufig für Prognosen und Konfidenzintervalle verwendet
  • Die 99,7%-Regel 3σRegel3σ-Regel dient der Identifikation sehr unwahrscheinlicher Ereignisse

Bei der Rundung der Intervallgrenzen gilt:

  • Untere Grenze: aufrunden, wenn negativ oder Dezimalbruch
  • Obere Grenze: abrunden

Praxistipp: Der Erwartungswert einer binomialverteilten Zufallsgröße muss nicht ganzzahlig sein, obwohl die Zufallsgröße selbst nur ganzzahlige Werte annimmt. Beispielsweise ist der Erwartungswert für die Anzahl der Sonntagskinder μ = 3, aber die tatsächliche Anzahl ist immer eine ganze Zahl zwischen 0 und 21.

stochastik
·Kenngrößen von Wahrscheinlichkeitsverteilungen
Binomialvertedung bernoulli-kette
Zufallsexperiment mit nur aver Ergebnissen
Erfo

Melde dich an, um den Inhalt freizuschaltenEs ist kostenlos!

Zugriff auf alle Dokumente

Verbessere deine Noten

Werde Teil der Community

Mit der Anmeldung akzeptierst du die Nutzungsbedingungen und die Datenschutzrichtlinie

Binompdf und Binomcdf

Praktische Anwendungsbeispiele für Berechnungen mit binomPdf und binomCdf:

  1. Exakte Wahrscheinlichkeit für eine bestimmte Anzahl: Fragestellung: "Mit welcher Wahrscheinlichkeit sind genau 3 von 10 Produkten fehlerhaft?" Berechnung: PX=3X=3 = binomPdf10,0.2,310,0.2,3
  2. Wahrscheinlichkeit für ein Intervall: Fragestellung: "Mit welcher Wahrscheinlichkeit sind zwischen 5 und 8 Teilnehmer erfolgreich?" Berechnung: P5X85≤X≤8 = binomCdf20,0.3,5,820,0.3,5,8
  3. Wahrscheinlichkeit für "mindestens k Erfolge": Fragestellung: "Mit welcher Wahrscheinlichkeit sind mindestens 2 Treffer zu erwarten?" Berechnung: PX2X≥2 = binomCdf10,0.4,2,1010,0.4,2,10 oder 1-binomCdf10,0.4,0,110,0.4,0,1

Wichtige Formeln:

  • Genau k Erfolge: PX=kX=k = binomPdfn,p,kn,p,k
  • Höchstens k Erfolge: PXkX≤k = binomCdfn,p,0,kn,p,0,k
  • Mindestens k Erfolge: PXkX≥k = binomCdfn,p,k,nn,p,k,n = 1-binomCdfn,p,0,k1n,p,0,k-1
  • Zwischen a und b Erfolge: PaXba≤X≤b = binomCdfn,p,a,bn,p,a,b
stochastik
·Kenngrößen von Wahrscheinlichkeitsverteilungen
Binomialvertedung bernoulli-kette
Zufallsexperiment mit nur aver Ergebnissen
Erfo

Melde dich an, um den Inhalt freizuschaltenEs ist kostenlos!

Zugriff auf alle Dokumente

Verbessere deine Noten

Werde Teil der Community

Mit der Anmeldung akzeptierst du die Nutzungsbedingungen und die Datenschutzrichtlinie

Erwartungswert

Bei wiederholten Zufallsexperimenten ist der Erwartungswert eine wichtige Orientierungsgröße:

  • Der Erwartungswert gibt an, welches Ergebnis im Mittel zu erwarten ist
  • Die Standardabweichung gibt an, wie stark die einzelnen Ergebnisse vom Erwartungswert abweichen können
  • Zusammen bieten beide Kenngrößen ein vollständigeres Bild der Wahrscheinlichkeitsverteilung

Für praktische Anwendungen ist es wichtig zu verstehen:

  • Der Erwartungswert ist ein theoretischer Wert, der bei einzelnen Durchführungen nicht unbedingt auftritt
  • Bei einer großen Anzahl von Wiederholungen nähern sich die durchschnittlichen Ergebnisse dem Erwartungswert an

Gesetz der großen Zahlen: Bei einer sehr großen Anzahl von unabhängigen Wiederholungen eines Zufallsexperiments nähert sich die relative Häufigkeit eines Ereignisses seiner Wahrscheinlichkeit an. Entsprechend nähert sich der durchschnittliche Wert einer Zufallsgröße ihrem Erwartungswert an.

stochastik
·Kenngrößen von Wahrscheinlichkeitsverteilungen
Binomialvertedung bernoulli-kette
Zufallsexperiment mit nur aver Ergebnissen
Erfo

Melde dich an, um den Inhalt freizuschaltenEs ist kostenlos!

Zugriff auf alle Dokumente

Verbessere deine Noten

Werde Teil der Community

Mit der Anmeldung akzeptierst du die Nutzungsbedingungen und die Datenschutzrichtlinie

Stochastik-Aufgaben: Autohersteller und Lampen

Ein praktisches Beispiel aus der Qualitätskontrolle:

Ein Autohersteller bestellt Scheinwerferlampen, wobei erfahrungsgemäß 4% der Lampen fehlerhaft sind.

a) Erwartete Anzahl fehlerhafter Lampen in einer Lieferung von 5000 Stück:

  • Erwartungswert μ = n·p = 5000·0,04 = 200
  • Standardabweichung σ = √np(1pn·p·(1-p) = √50000,040,965000·0,04·0,96 ≈ 13,9

b) Benötigte Bestellmenge für mindestens 6000 fehlerfreie Lampen:

  • 1p1-p = 6000
  • n·0,96 = 6000
  • n = 6000/0,96 = 6250 Lampen

c) Intervall für die Anzahl fehlerhafter Lampen bei 3000 Stück mit 99,7% Sicherheit:

  • Erwartungswert μ = 3000·0,04 = 120
  • Standardabweichung σ = √30000,040,963000·0,04·0,96 ≈ 10,8
  • 3σ-Intervall: 120310,8;120+310,8120-3·10,8; 120+3·10,8 = 87,6;152,487,6; 152,488;15288; 152

Wichtige Anwendung: Der Erwartungswert und die Standardabweichung helfen bei der Planung von Bestellmengen und Lagerbeständen. Das 3σ-Intervall ist besonders nützlich, wenn eine sehr hohe Sicherheit 99,799,7% erforderlich ist, etwa bei der Dimensionierung von Sicherheitsbeständen oder Qualitätskontrollen.

stochastik
·Kenngrößen von Wahrscheinlichkeitsverteilungen
Binomialvertedung bernoulli-kette
Zufallsexperiment mit nur aver Ergebnissen
Erfo

Melde dich an, um den Inhalt freizuschaltenEs ist kostenlos!

Zugriff auf alle Dokumente

Verbessere deine Noten

Werde Teil der Community

Mit der Anmeldung akzeptierst du die Nutzungsbedingungen und die Datenschutzrichtlinie

Stochastik: Regeln im Baumdiagramm

Für komplexere Fragestellungen werden Baumdiagramme mit bedingten Wahrscheinlichkeiten kombiniert:

  • Bedingte Wahrscheinlichkeiten geben die Wahrscheinlichkeit eines Ereignisses unter der Bedingung an, dass ein anderes Ereignis bereits eingetreten ist
  • Im Baumdiagramm stehen diese auf den Ästen der zweiten und weiteren Stufen
  • Die Notation PABA|B bezeichnet die Wahrscheinlichkeit für A unter der Bedingung, dass B eingetreten ist

Beispiel für die Anwendung dieser Konzepte:

  • Eine Umfrage wird bei 125 Männern und 125 Frauen durchgeführt
  • 56% der Männer und 40% der Frauen nutzen YouTube zur Vorbereitung
  • Die Zufallsgröße "Nutzt YouTube" kann die Werte 1 jaja oder 0 neinnein annehmen
  • Die Wahrscheinlichkeit, dass eine zufällig ausgewählte Person YouTube nutzt, beträgt: PYTYT = Pww · PYTwYT|w + Pmm · PYTmYT|m = 0,5 · 0,4 + 0,5 · 0,56 = 0,48

Wichtige Formel: Die Formel PABA∩B = PBB · PABA|B beschreibt die Wahrscheinlichkeit für das Eintreten beider Ereignisse A und B. Diese wird im Baumdiagramm durch Multiplikation der Wahrscheinlichkeiten entlang eines Pfades berechnet.

stochastik
·Kenngrößen von Wahrscheinlichkeitsverteilungen
Binomialvertedung bernoulli-kette
Zufallsexperiment mit nur aver Ergebnissen
Erfo

Melde dich an, um den Inhalt freizuschaltenEs ist kostenlos!

Zugriff auf alle Dokumente

Verbessere deine Noten

Werde Teil der Community

Mit der Anmeldung akzeptierst du die Nutzungsbedingungen und die Datenschutzrichtlinie

Erwartungswert und Standardabweichung

Die praktische Anwendung von Erwartungswert und Standardabweichung umfasst viele Bereiche:

  • Qualitätskontrolle: Berechnung der erwarteten Anzahl defekter Produkte
  • Versicherungsmathematik: Kalkulation von Prämienhöhen basierend auf erwarteten Schäden
  • Finanzwesen: Bewertung von Anlagerisiken anhand der Standardabweichung der Rendite
  • Spieltheorie: Beurteilung, ob ein Glücksspiel fair ist

Besonders wichtig ist das Verständnis dieser Kenngrößen für die Binomialverteilung:

  • Der Erwartungswert μ = n·p gibt an, wie viele Erfolge bei n Versuchen im Mittel zu erwarten sind
  • Die Standardabweichung σ = √np(1pn·p·(1-p) gibt an, wie stark die tatsächliche Anzahl der Erfolge vom Erwartungswert abweichen kann
  • Mit den Sigmaregeln kann man Intervalle um den Erwartungswert angeben, in denen die Zufallsgröße mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit liegt

Anwendungsbeispiel: Bei einer Klausur mit 30 Multiple-Choice-Fragen und jeweils 4 Antwortmöglichkeiten beträgt die Ratewahrscheinlichkeit p = 0,25. Der Erwartungswert für einen Schüler, der nur rät, ist μ = 30 · 0,25 = 7,5 Punkte. Die Standardabweichung beträgt σ = √300,250,7530 · 0,25 · 0,75 ≈ 2,4 Punkte. Mit 95,4% Wahrscheinlichkeit liegt die Punktzahl zwischen 2,7 und 12,3 Punkten.

stochastik
·Kenngrößen von Wahrscheinlichkeitsverteilungen
Binomialvertedung bernoulli-kette
Zufallsexperiment mit nur aver Ergebnissen
Erfo

Melde dich an, um den Inhalt freizuschaltenEs ist kostenlos!

Zugriff auf alle Dokumente

Verbessere deine Noten

Werde Teil der Community

Mit der Anmeldung akzeptierst du die Nutzungsbedingungen und die Datenschutzrichtlinie

Bernoulli-Formel und Binomialverteilung

Die praktische Anwendung der Bernoulli-Formel und Binomialverteilung umfasst viele Bereiche:

Qualitätskontrolle:

  • Bei einer Stichprobe von 20 Produkten mit einer Fehlerrate von 3%: Mit welcher Wahrscheinlichkeit sind höchstens 2 Produkte fehlerhaft?
  • PX2X≤2 = binomCdf20,0.03,0,220,0.03,0,2 ≈ 0,992 = 99,2%

Medizinische Tests:

  • Bei einem Screening-Test mit 5% falsch-positiven Ergebnissen: Mit welcher Wahrscheinlichkeit erhalten bei 100 gesunden Personen mindestens 8 ein falsch-positives Ergebnis?
  • PX8X≥8 = 1-PX7X≤7 = 1-binomCdf100,0.05,0,7100,0.05,0,7 ≈ 0,16 = 16%

Wahlprognosen:

  • Wenn ein Kandidat mit einer Wahrscheinlichkeit von 52% gewählt wird: Mit welcher Wahrscheinlichkeit gewinnt er in mindestens 3 von 5 Wahlkreisen?
  • PX3X≥3 = binomCdf5,0.52,3,55,0.52,3,5 ≈ 0,55 = 55%

Modellierungshinweis: Bei der Anwendung der Binomialverteilung ist es wichtig zu prüfen, ob die Voraussetzungen erfüllt sind: 11 feste Anzahl von Versuchen, 22 zwei mögliche Ausgänge pro Versuch, 33 konstante Erfolgswahrscheinlichkeit und 44 Unabhängigkeit der Versuche. Besonders die Unabhängigkeit kann in realen Situationen verletzt sein, etwa wenn bei einer Stichprobe ohne Zurücklegen die Grundgesamtheit klein ist.

stochastik
·Kenngrößen von Wahrscheinlichkeitsverteilungen
Binomialvertedung bernoulli-kette
Zufallsexperiment mit nur aver Ergebnissen
Erfo

Melde dich an, um den Inhalt freizuschaltenEs ist kostenlos!

Zugriff auf alle Dokumente

Verbessere deine Noten

Werde Teil der Community

Mit der Anmeldung akzeptierst du die Nutzungsbedingungen und die Datenschutzrichtlinie

Die kumulierte Binomialverteilung

Die kumulierte Binomialverteilung ermöglicht präzise Berechnungen für verschiedene Wahrscheinlichkeitsszenarien:

Beispiel zur Qualitätskontrolle: Ein Hersteller weiß, dass 2% seiner Produkte fehlerhaft sind. Eine Stichprobe von 100 Produkten wird gezogen.

  1. Wahrscheinlichkeit für höchstens 3 fehlerhafte Produkte: PX3X≤3 = binomCdf100,0.02,0,3100,0.02,0,3 ≈ 0,932 = 93,2%
  2. Wahrscheinlichkeit für genau 2 fehlerhafte Produkte: PX=2X=2 = binomPdf100,0.02,2100,0.02,2 ≈ 0,270 = 27,0%
  3. Wahrscheinlichkeit für mindestens 1 fehlerhaftes Produkt: PX1X≥1 = 1 - PX=0X=0 = 1 - binomPdf100,0.02,0100,0.02,0 ≈ 0,867 = 86,7%

Die graphische Darstellung der kumulierten Binomialverteilung als Treppenfunktion zeigt, wie die Wahrscheinlichkeit mit steigendem k zunimmt:

0 → 1 → 2 → 3 → 4 → ... → n

Vergleich mit Sigmaregeln: Die kumulierte Binomialverteilung liefert exakte Wahrscheinlichkeiten, während die Sigmaregeln nur Näherungswerte bieten. Beispielsweise gibt die 2σ-Regel an, dass eine binomialverteilte Zufallsgröße mit etwa 95,4% Wahrscheinlichkeit im Intervall μ2σ,μ+2σμ-2σ, μ+2σ liegt. Die exakte Wahrscheinlichkeit kann mit binomCdfn,p,μ2σ,μ+2σn,p,⌈μ-2σ⌉,⌊μ+2σ⌋ berechnet werden und weicht oft leicht von 95,4% ab.

Nichts passendes dabei? Erkunde andere Fachbereiche.

Schüler:innen lieben uns — und du wirst es auch.

4.9/5

App Store

4.8/5

Google Play

Die App ist sehr leicht und gut gestaltet. Habe bis jetzt alles gefunden, nachdem ich gesucht habe und aus den Präsentationen echt viel lernen können! Die App werde ich auf jeden Fall für eine Klassenarbeit verwenden! Und als eigene Inspiration hilft sie natürlich auch sehr.

Stefan S

iOS user

Diese App ist wirklich echt super. Es gibt so viele Lernzettel und Hilfen, […]. Mein Problemfach ist zum Beispiel Französisch und die App hat mega viel Auswahl für Hilfe. Dank dieser App habe ich mich in Französisch verbessert. Ich würde diese jedem weiterempfehlen.

Samantha Klich

Android user

Wow ich bin wirklich komplett baff. Habe die App nur mal so ausprobiert, weil ich es schon oft in der Werbung gesehen habe und war absolut geschockt. Diese App ist DIE HILFE, die man sich für die Schule wünscht und vor allem werden so viele Sachen angeboten, wie z.B. Ausarbeitungen und Merkblätter, welche mir persönlich SEHR weitergeholfen haben.

Anna

iOS user

Ich finde Knowunity so grandios. Ich lerne wirklich für alles damit. Es gibt so viele verschiedene Lernzettel, die sehr gut erklärt sind!

Jana V

iOS user

Ich liebe diese App sie hilft mir vor jeder Arbeit kann Aufgaben kontrollieren sowie lösen und ist wirklich vielfältig verwendbar. Man kann mit diesem Fuchs auch normal reden so wie Probleme im echten Leben besprechen und er hilft einem. Wirklich sehr gut diese App kann ich nur weiter empfehlen, gerade für Menschen die etwas länger brauchen etwas zu verstehen!

Lena M

Android user

Ich finde Knowunity ist eine super App. Für die Schule ist sie ideal , wegen den Lernzetteln, Quizen und dem AI. Das gute an AI ist , dass er nicht direkt nur die Lösung ausspuckt sondern einen Weg zeigt wie man darauf kommt. Manchmal gibt er einem auch nur einen Tipp damit man selbst darauf kommt . Mir hilft Knowunity persönlich sehr viel und ich kann sie nur weiterempfehlen ☺️

Timo S

iOS user

Die App ist einfach super! Ich muss nur in die Suchleiste mein Thema eintragen und ich checke es sehr schnell. Ich muss nicht mehr 10 YouTube Videos gucken, um etwas zu verstehen und somit spare ich mir meine Zeit. Einfach zu empfehlen!!

Sudenaz Ocak

Android user

Diese App hat mich echt verbessert! In der Schule war ich richtig schlecht in Mathe und dank der App kann ich besser Mathe! Ich bin so dankbar, dass ihr die App gemacht habt.

Greenlight Bonnie

Android user

Ich benutze Knowunity schon sehr lange und meine Noten haben sich verbessert die App hilft mir bei Mathe,Englisch u.s.w. Ich bekomme Hilfe wenn ich sie brauche und bekomme sogar Glückwünsche für meine Arbeit Deswegen von mir 5 Sterne🫶🏼

Julia S

Android user

Also die App hat mir echt in super vielen Fächern geholfen! Ich hatte in der Mathe Arbeit davor eine 3+ und habe nur durch den School GPT und die Lernzettek auf der App eine 1-3 in Mathe geschafft…Ich bin Mega glücklich darüber also ja wircklich eine super App zum lernen und es spart sehr viel Heit dass man mehr Freizeit hat!

Marcus B

iOS user

Mit dieser App hab ich bessere Noten bekommen. Bessere Lernzettel gekriegt. Ich habe die App benutzt, als ich die Fächer nicht ganz verstanden habe,diese App ist ein würcklich GameChanger für die Schule, Hausaufgaben

Sarah L

Android user

Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.

Hans T

iOS user

Die App ist sehr leicht und gut gestaltet. Habe bis jetzt alles gefunden, nachdem ich gesucht habe und aus den Präsentationen echt viel lernen können! Die App werde ich auf jeden Fall für eine Klassenarbeit verwenden! Und als eigene Inspiration hilft sie natürlich auch sehr.

Stefan S

iOS user

Diese App ist wirklich echt super. Es gibt so viele Lernzettel und Hilfen, […]. Mein Problemfach ist zum Beispiel Französisch und die App hat mega viel Auswahl für Hilfe. Dank dieser App habe ich mich in Französisch verbessert. Ich würde diese jedem weiterempfehlen.

Samantha Klich

Android user

Wow ich bin wirklich komplett baff. Habe die App nur mal so ausprobiert, weil ich es schon oft in der Werbung gesehen habe und war absolut geschockt. Diese App ist DIE HILFE, die man sich für die Schule wünscht und vor allem werden so viele Sachen angeboten, wie z.B. Ausarbeitungen und Merkblätter, welche mir persönlich SEHR weitergeholfen haben.

Anna

iOS user

Ich finde Knowunity so grandios. Ich lerne wirklich für alles damit. Es gibt so viele verschiedene Lernzettel, die sehr gut erklärt sind!

Jana V

iOS user

Ich liebe diese App sie hilft mir vor jeder Arbeit kann Aufgaben kontrollieren sowie lösen und ist wirklich vielfältig verwendbar. Man kann mit diesem Fuchs auch normal reden so wie Probleme im echten Leben besprechen und er hilft einem. Wirklich sehr gut diese App kann ich nur weiter empfehlen, gerade für Menschen die etwas länger brauchen etwas zu verstehen!

Lena M

Android user

Ich finde Knowunity ist eine super App. Für die Schule ist sie ideal , wegen den Lernzetteln, Quizen und dem AI. Das gute an AI ist , dass er nicht direkt nur die Lösung ausspuckt sondern einen Weg zeigt wie man darauf kommt. Manchmal gibt er einem auch nur einen Tipp damit man selbst darauf kommt . Mir hilft Knowunity persönlich sehr viel und ich kann sie nur weiterempfehlen ☺️

Timo S

iOS user

Die App ist einfach super! Ich muss nur in die Suchleiste mein Thema eintragen und ich checke es sehr schnell. Ich muss nicht mehr 10 YouTube Videos gucken, um etwas zu verstehen und somit spare ich mir meine Zeit. Einfach zu empfehlen!!

Sudenaz Ocak

Android user

Diese App hat mich echt verbessert! In der Schule war ich richtig schlecht in Mathe und dank der App kann ich besser Mathe! Ich bin so dankbar, dass ihr die App gemacht habt.

Greenlight Bonnie

Android user

Ich benutze Knowunity schon sehr lange und meine Noten haben sich verbessert die App hilft mir bei Mathe,Englisch u.s.w. Ich bekomme Hilfe wenn ich sie brauche und bekomme sogar Glückwünsche für meine Arbeit Deswegen von mir 5 Sterne🫶🏼

Julia S

Android user

Also die App hat mir echt in super vielen Fächern geholfen! Ich hatte in der Mathe Arbeit davor eine 3+ und habe nur durch den School GPT und die Lernzettek auf der App eine 1-3 in Mathe geschafft…Ich bin Mega glücklich darüber also ja wircklich eine super App zum lernen und es spart sehr viel Heit dass man mehr Freizeit hat!

Marcus B

iOS user

Mit dieser App hab ich bessere Noten bekommen. Bessere Lernzettel gekriegt. Ich habe die App benutzt, als ich die Fächer nicht ganz verstanden habe,diese App ist ein würcklich GameChanger für die Schule, Hausaufgaben

Sarah L

Android user

Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.

Hans T

iOS user