Mathematik

Wahrscheinlichkeitsverteilungen und Zufallsvariablen

Binomialverteilung

Mathe1.602 aufrufe·Aktualisiert 7. Aug. 2026·9 Seiten

Stochastik leicht erklärt: Vorbereitung fürs Mathe-Abitur

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Wahrscheinlichkeitsrechnung ist gar nicht so kompliziert, wie es aussieht! Du...

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Stochastik / Stochastik Abitur / Mathe – Seite 1

Mittelwert und Standardabweichung berechnen

Mittelwert ist einfach der Durchschnitt aller Werte. Wenn jeder Wert nur einmal vorkommt, addierst du alle zusammen und teilst durch die Anzahl: $\bar{x} = \frac{x_1 + x_2 + ... + x_n}{n}$ .

Falls Werte mehrmals vorkommen, gewichtest du sie entsprechend: $\bar{x} = \frac{n_1x_1 + n_2x_2 + ... + n_kx_k}{n}$ . So bekommst du ein realistisches Bild deiner Daten.

Die Standardabweichung zeigt dir, wie stark die Werte um den Mittelwert streuen. Die Formel sieht kompliziert aus, aber mit dem GTR ist es ein Kinderspiel: $\sigma = \sqrt{\frac{n_1(x_1-\bar{x})^2 + n_2(x_2-\bar{x})^2 + ... + n_k(x_k-\bar{x})^2}{n}}$ .

Pro-Tipp: Nutze deinen GTR! x-Werte in List 1, n-Werte in List 2 eingeben - das Gerät rechnet alles automatisch aus.

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Stochastik / Stochastik Abitur / Mathe – Seite 2

Häufigkeiten und Erwartungswert

Absolute Häufigkeit sagt dir einfach, wie oft etwas passiert ist. Relative Häufigkeit setzt das ins Verhältnis zur Gesamtzahl: $\text{relative Häufigkeit} = \frac{\text{absolute Häufigkeit}}{\text{Anzahl der Versuche}}$ .

Der Erwartungswert ist deine beste Vorhersage für das Ergebnis eines Zufallsexperiments. Bei diskreten Werten rechnest du: $E(X) = \sum_{i} x_i p_i$ - also jeden möglichen Gewinn mal seiner Wahrscheinlichkeit.

Ein Spiel ist fair, wenn der Erwartungswert null ist. Ist er negativ, verlierst du auf Dauer Geld. Je größer die Standardabweichung, desto unzuverlässiger wird deine Vorhersage.

Merkhilfe: Bei einem fairen Münzwurf mit Kopf = 2€ und Zahl = 0€ ist der Erwartungswert 1€ - du gewinnst langfristig!

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Stochastik / Stochastik Abitur / Mathe – Seite 3

Kombinatorik verstehen

In der Kombinatorik geht es darum, wie viele Möglichkeiten es gibt, Dinge anzuordnen. Die wichtigste Formel ist die Fakultät: $n! = 1 \cdot 2 \cdot 3 \cdot ... \cdot n$ .

Beim Binomialkoeffizienten $\binom{n}{k} = \frac{n!}{k!(n-k)!}$ interessiert dich die Reihenfolge nicht. Du wählst einfach k Objekte aus n aus.

Bei Permutationen mit der Formel $\frac{n!}{(n-k)!}$ ist die Reihenfolge wichtig. Acht Musiker können sich auf $8! = 40.320$ verschiedene Arten hinsetzen!

Eselsbrücke: Factorial = Fakultät - denk an eine Fabrik, die alles der Reihe nach abarbeitet!

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Stochastik / Stochastik Abitur / Mathe – Seite 4

Bernoulli-Experimente meistern

Ein Bernoulli-Experiment hat nur zwei Ausgänge: Treffer oder Nichttreffer. Die Zauberformel lautet: $P(X=k) = \binom{n}{k} p^k (1-p)^{n-k}$ .

Dabei ist k die Anzahl der Treffer, n die Anzahl der Versuche und p die Einzelwahrscheinlichkeit. Beim Würfeln einer Sechs ist p = 1/6, beim Münzwurf p = 0,5.

Mit dem GTR wird's super einfach: OPTN → Stat → DIST → BINOMIAL → Bpd eingeben. Dann BinmBpd(k, n, p) und fertig ist deine Wahrscheinlichkeit!

Beispiel: Vier Würfe, genau zwei Sechsen: $P(X=2) = \binom{4}{2} \cdot (\frac{1}{6})^2 \cdot (\frac{5}{6})^2 = 11,57\%$

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Stochastik / Stochastik Abitur / Mathe – Seite 5

Binomialverteilung mit dem GTR

Der GTR macht Binomialverteilungen zum Kinderspiel! Für mehrere k-Werte gleichzeitig gibst du in List 1 die Werte 0,1,2,3... ein und lässt den Rechner die Wahrscheinlichkeiten berechnen.

Mit STATISTIK → GRAPH → SET kannst du sogar ein Histogramm erstellen. Setze den Startwert auf -0,5, damit die Balken schön mittig über den Zahlen stehen.

Das Histogramm zeigt dir auf einen Blick, welche Ergebnisse am wahrscheinlichsten sind. Bei einer fairen Münze $p = 0,5$ ist die Verteilung symmetrisch.

Visualisierung hilft: Ein Histogramm macht abstrakte Wahrscheinlichkeiten greifbar - nutze es!

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Stochastik / Stochastik Abitur / Mathe – Seite 6

Kumulierte Wahrscheinlichkeiten

Kumulierte Wahrscheinlichkeiten fassen mehrere Einzelwahrscheinlichkeiten zusammen. "Höchstens 1 Treffer" bedeutet: $P(X \leq 1) = P(X=0) + P(X=1)$ .

Für "mindestens 1 Treffer" nutzt du die Gegenwahrscheinlichkeit: $P(X \geq 1) = 1 - P(X \leq 0)$ . Das ist oft viel einfacher zu rechnen!

Mit dem GTR verwendest du BinmBcd für kumulierte Werte. Für Bereiche wie "mehr als 20, weniger als 40" rechnest du: $P(20 < X < 40) = P(X \leq 39) - P(X \leq 20)$ .

Trick: Statt alle Einzelwahrscheinlichkeiten zu addieren, nutze die Gegenwahrscheinlichkeit - spart Zeit und Nerven!

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Stochastik / Stochastik Abitur / Mathe – Seite 7

Binomialverteilung mit Reihenfolge

Manchmal ist die Position wichtig! Wenn die ersten 4 Schüler Linkshänder sein sollen, multiplizierst du einfach: $0,3^4$ .

"Nur die ersten 4" bedeutet, dass die anderen 6 Rechtshänder sein müssen: $0,3^4 \cdot 0,7^6$ . Für "3 nebeneinander" gibt es 8 verschiedene Positionen, also $8 \cdot 0,3^3 \cdot 0,7^7$ .

Bei komplexeren Aufgaben kombinierst du feste Positionen mit Binomialverteilung. Die 3. Person ist Linkshänder, die ersten beiden nicht, und von den restlichen 7 sollen mindestens 4 Rechtshänder sein.

Strategie: Teile die Aufgabe in feste Positionen und variable Bereiche auf - dann wird's überschaubar!

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n, k und p bestimmen

Manchmal sind n, k oder p gesucht. Für n stellst du die Ungleichung auf und löst mit Logarithmen: $(\frac{5}{6})^n \leq 0,10$ wird zu $n \geq \frac{ln(0,1)}{ln(\frac{5}{6})}$ .

Für k-gesucht nutzt du den GTR mit Tabellen oder grafischen Lösungen. Suche den Wert, der sich von unten der geforderten Wahrscheinlichkeit am meisten nähert.

Bei p-gesucht arbeitest du grafisch: f $x$ = 1-BinmBcd(0,n,x) und g $x$ = gewünschte Wahrscheinlichkeit. Der Schnittpunkt ist deine Lösung.

GTR-Tipp: Tabellen sind sicherer als grafische Lösungen - weniger Ablesefehler!

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Erwartungswert, Standardabweichung und Sigma-Regeln

Bei Binomialverteilungen gibt es Abkürzungen! Erwartungswert: $\mu = np$ , Standardabweichung: $\sigma = \sqrt{np(1-p)}$ . Viel einfacher als die langen Formeln!

Histogramme haben ihr Maximum nahe dem Erwartungswert. Je größer p, desto weiter rechts liegt es. Bei p = 0,5 ist die Verteilung perfekt symmetrisch.

Die Sigma-Regeln geben dir schnelle Orientierung: 68% aller Werte liegen im 1σ-Bereich, 95,5% im 2σ-Bereich und 99,7% im 3σ-Bereich um den Erwartungswert.

Faustregel: Die Sigma-Regeln helfen dir, unrealistische Ergebnisse sofort zu erkennen!

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