Stochastik: Standardabweichung!= durchschnittliche Abweichung vom Mittelwert?

Hallo,

ich schreibe in 2-3 Wochen mein Matheabitur und es läuft schon ganz gut. Was ich mich jedoch schon immer gefragt habe: Warum rechnet man die Standardabweichung so aus, wie man es tut und macht das nicht gar keinen Sinn?

In der Schule rechnet man die Standardabweichung wie folgt aus:

erstens: Mittelwert/Erwartungswert bestimmen:

  • Bei Binomialverteilungen gilt ja µ = n*p
  • Bei Normalverteilungen muss man ja alle Ergebnisse addieren und dann durch die Anzahl teilen, dann hat man den Durchschnittswert µ.

zweitens: Varianz berechnen:

  • Binominal: var = v(x) = n*p*q
  • Normal: ((µ-ergebnis 1)^2+...+(µ-letztes Ergebnis)^2)/n

drittens:

  • sigma = var^(1/2) [also Wurzel aus var]

Für Binominal kann man stattdessen auch gleich sigma = (n*p*(1-p))^(1/2) rechnen. Mit hoch einhalb ist natürlich Wurzel gemeint, das Zeichen habe ich nur gerade nicht.

sooo und jetzt zum Beispiel wieso das keinen Sinn für mich macht:

Füllstand einer 250ml Flasche:

0x unter 248ml

2x 248ml

3x 249ml

20x 250ml

3x 251ml

2x 252ml

0x über 252ml

Mittelwert ist offensichtlich 250, kann man wenn man will mit Schritt eins berechnen. Nun zur Varianz:

var = (2*(250-248)^2 + 3*(250-249)^2 + 20*(250-250)^2 + 3*(250-251)^2 + 2*(250-252)^2)/30

<=> var = (2*(2)^2 + 3*(1)^2 + 0 + 3*(-1)^2 + 2*(-2)^2)/30

<=> var = (8 + 3 + 3 + 8)/30

<=> var = 22/30 = 11/15

Standardabweichung:

sigma = var^(1/2) | einsetzten

sigma = (11/15)^(1/2) | [Wurzel aus 11/15]

= 0,8563 [ml] | auf vier Nachkommastellen gerundet.

So. Und jetzt steht in jedem Schulbuch und überall im Internet: Wenn man eine zufällige Flasche untersucht liegt der Füllstand im Durchschnitt 0,8563ml vom Mittelwert 250ml entfernt.

Ich sehe nun aber: Es sind 30 Flaschen getestet worden. Bei 20 Flaschen war die Abweichung vom Mittelwert 250ml 0. Bei jeweils 6 Flaschen lag der Füllstand um einen Milliliter daneben. Bei vier lag er 2 Milliliter daneben.

Also:

durchschnittliche Abweichung = (20*0 + 6 * 1 + 4 * 2) / 30

= 10/30 = 1/3

Also liegt bei einer zufällig untersuchten Flasche der Füllstand im Durchschnitt 1/3ml und nicht sigma = 0,8563ml entfernt. Das macht überhaupt keinen Sinn... Was sagt die Standardabweichung denn dann aus?

Danke im Voraus

Schule, Mathematik, Statistik, Stochastik, Wahrscheinlichkeitstheorie, Binomialverteilung, Mathe-Leistungskurs, Normalverteilung
Stochastik Beispiel Impfen?

Hallo. Wir haben uns in Mathe mit Binomialverteilungen beschäftigt und haben folgende Aufgabe gerechnet (vereinfacht aufgeschrieben):

Ein Pharmaunternehmen behauptet: Unser Impfstoff hat eine Wirksamkeit von 95%.

Aufgabe: Betrachten SIe diese Aussage aus statistischer Sicht.

Ausgangslage: 30.000 Probanden davon 15.000 Wirksoff, 15.000 Placebo

Inzidenz: 100/100.000 pro Woche, Studiendauer 7 Wochen

Schritt 1: Erwartungen

Die Rechnung für die Placebo-Gruppe:

7 Wochen--> 700.100.000 P(dass jemand sich infiziert)= 7/100.000

n=15.000

E= n*p= 105--> man erwartet 105 Infizierte

Schritt 2: Ergebnisse

Placebo: 98 Infektionen, Wirkstoff: 5 Infektionen

Schritt 3: Betrachtung durch Stochastik

P(X=98)= 3,18%, P(X= 105)= 3,9% --> Die ZAhlen sind so groß, dass für jede einzelne Säule der Binomialverteilung nur eine kleine Säule übrig bleibt.

--> man nimmt eher einen Bereich--> P(90 ≤ X ≤ 120)= 87,13%--> in einem Bereich von plusminus 15 um den Erwartungswert liegen 87,13% der AUsgänge des Experiments. Die beobachteten 98 passen also gut rein.

Wirkt es ?

P(X=5)= 2*10hoch -38 --> verschwindend gering

P(0≤X≤30)= 5*10hoch-18--> auch fast null

Ergebnis: Es wirkt

Frage: Wie gut?

Vorbereitung: 95% seien real, dann müsste die Inzidenz auf 5/100.000 je Woche sinken

Hausaufgabe: Berechnungen für Bereiche 0-30 und 90-120 sowie für exakte Werte 5 und 98 durchführen und Ergebnis bewerten

So, tut mir leid für den ellenlangen Text, aber das war das, was wir in der Schule notiert hatten.

Meine Rechnung sieht so aus:

Inzidenz für 7 Wochen: 35/100.000--> p= 35/100.000; n= 15.000

P(X=5)= 0,174

P(X=98)= 1,5768*10hoch -86

P(X ≤ 30)= 1

P(90 ≤ X ≤ 120)= 0

Ich habe keine Ahnung, ob das richtig ist und wie genau ich das deuten und bewerten soll. Eigentlich habe ich aber alles so gerechnet wie wir es gelernt haben. Ich weiß, dass das eine unglaublich lange Aufgabe ist, aber ich wäre SO DANKBAR dafür, wenn jemand meine Rechnung überprüfen und mir bei der Deutung helfen könnte. Für mich ergibt die P= 1 zum Beispiel überhaupt keinen Sinn.

Vielen, vielen Dank schonmal im Voraus!

Mathematik, Hausaufgaben, Stochastik, Binomialverteilung
Stochastikaufgaben zur Binomialverteilung Korrektur?

Hallo,

ich arbeite gerade an Matheaufgaben zur Binomialverteilung und bin mir bei manchen meiner Rechenansätze nicht so sicher.

Hier erstmal die Aufgabe:

Der Leiter eines Lampengeschäftes möchte zur Eröffnung einer neuen Filiale seinen Kunden als Begrüßungsgeschenk eine LED-Minitaschenlampe überreichen. Er bezieht 1.000 Stück dieser Lampen zum Stückpreis von 0,20 € von einem Hersteller, der angibt, dass 95 % der Lampen einwandfrei funktionieren. Die Lampen wurden in Packungen zu je 40 Stück angeliefert.
Berechne die Wahrscheinlichkeit dafür, dass frühestens die neunte Lampe defekt ist.

Ich habe jetzt wie folgt gedacht: wenn frühestens die neunte Lampe defekt ist, dann heißt das, dass alle vorherigen acht Lampen schonmal funktionieren, die neunte dann defekt ist und die zehnte wieder funktionieren kann. Oder, dass die neunte und die zehnte Lampe defekt sind, oder dass nur die zehnte defekt ist. Hier ist meine Rechnung:



Aber ich bin mir da nicht so sicher, weil eine andere Rechnung die ich im Kopf hatte war:



Hier ist die nächste Aufgabe:

Von den 10 entnommenen Lampen ist genau eine defekt. Bestimmen Sie die Wahrscheinlichkeit folgender Ereignisse.
E:= Die dritte ist die defekte Lampe.

Hier habe ich folgendes gerechnet:



F:= Die erste und die zehnte Lampe funktionieren einwandfrei.

Hier habe ich folgendes gerechnet:



Hier ist die nächste Aufgabe:

c) Der Filialleiter rechnet am Eröffnungstag mit 200 Kunden, die eine LED-Minitaschenlampe als Geschenk erhalten sollen. Er beschließt, die restlichen zu verkaufen.
Ermitteln Sie den Verkaufspreis, den er mindestens kalkulieren muss, wenn er jede verkaufte defekte Lampe durch einen 10-€-Gutschein ersetzen und insgesamt keinen Verlust haben möchte.

Ich habe folgendes gerechnet:











Er muss eine Taschenlampe für 53 Cent verkaufen.

Könnt ihr hier bitte mal drüberschauen und mich auf Fehler aufmerksam machen?

Schule, Mathematik, Stochastik, Binomialverteilung
Pivotwahl bei Quicksort und Quickselect?

Guten Abend,

ich bräuchte mal kurz Hilfe bei folgenden Aufgaben, bitte. Es geht mir darum, dass ich einfach nicht versteh', was zu tun ist. Wir hatten in der Vorlesung den Quicksort-Algorithmus. Ich weiß, dass bei Quicksort das zu sortierende Array in immer kleiner Teilarrays eingeteilt wird, wobei das größere Array zuerst auf den Stack gelegt wird. Das Pivotelement ist entweder das linke oder das rechte und man setzt dann links und rechts einen Pointer am entsprechenden Teilarray. Ist das erste Element des zu sortierenden Teilarrays, welches größer als das Pivotelement ist, gefunden, und es findet sich vom rechten Pointer aus das erste Element, welches kleiner als das Pivotelement ist, so werden diese vertauscht. Bei Überkreuzungen tausche jenes Element auf dass der linke Pointer zeigt mit dem Pivotelement. So hatten wir's zumindest in der Vorlesung (Partitionswahl). Zu den Aufgaben

Aufgabe 1

Ein wichtiger Faktor für die Laufzeit von Quicksort und Quickselect (das Auswahlverfahren des k-kleinsten Elements analog zu Quicksort) ist die Wahl des Pivotelements. Das Pivotelement sollte die zu sortierende Folge in zwei möglichst gleich große Teilfolgen aufspalten.Gegeben sei eine unsortierte Folge mit n paarweise verschiedenen Elementen. Weiterhin sei r(x) die Position des Elements x in der sortierten Folge. Eine mögliche Strategie für die Pivotwahl ist:Wähle uniform zufällig 7 Elemente aus der Eingabefolge und gib das viertkleinste als Pivotelement aus. Dabei können Elemente in der Auswahl mehrmals vorkommen (Ziehen mit Zurücklegen)

.a) Berechne die Wahrscheinlichkeit für das Ereignis: n/4 < r(Pivot) ≤ 3n/4.

b) Nach wie vielen unabhängigen Wiederholungen der Pivotwahl ist zu erwarten, dass der Rang des Pivotelements das erste Mal außerhalb des Intervalls aus Aufgabenteil a) liegt? Hinweis: Du darfst annehmen, dass n= 4·kfür ein k∈N.

Aufgabe 2

Konstruiere eine Folge der Länge7, so dass Quickselect bei Verwendung der Pivotfunktionpivot(links, rechts) =⌈(links+rechts)/2⌉ auf der Suche nach dem viertgrößten Schlüssel die Problemgröße stets nur um 1verringert. Der Algorithmus soll insgesamt also sieben Schritte benötigen, bis er terminiert. Wende Quickselect auf Ihre Folge an, um die Korrektheit zu zeigen

Ansatz Ich verstehe hier nicht, wie n/4 gemeint ist. Wir hatten in der Vorlesung immer das Pivotelement ganz links oder ganz rechts. Jetzt steht hier "Pivot(links,rechts) = [(links+rechts)/2]. Greift man sich also da Element in der Mitte? Das ist bei einer Folge der Länge 7 doch nicht möglich, oder? WIe gehe ich allgemein vor um eine solche Folge zu finden.

LG

Jensek81

Computer, Schule, Mathematik, programmieren, rechnen, Array, Informatik, Theoretische Informatik, Algorithmus, stack, Binomialverteilung, Quicksort, Sortieralgorithmus, Algorithmen und Datenstrukturen

Meistgelesene Fragen zum Thema Binomialverteilung