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Einführung in die Stochastik

Published on 7/12/2024, 10:12:00 PM


Einleitung

Stochastik - die Kunst des Plastik Zahnstochers - oder so ähnlich. Gute Idee, tatsächlich kommt der Begriff allerdings eigentlich, wie so oft, aus dem altgriechischen. "Kunst des Vermutens" oder "Ratekunst". Und das kommt auch schon verdammt nahe an die Themen heran, welche die Stochastik behandelt.

Im Themengebiet der Stochastik dreht sich alles um Warscheinlichkeiten. Mit welcher Warscheinlichkeit mache ich wohl morgen meine Hausaufgaben? Nun, um ehrlich zu sein, eine eher rhetorische Frage. Wie warscheinlich ist morgen der Weltuntergang? Hoffentlich schwindend gering, aber bestimmt nicht null! Ein passenderes Anwendungsbeispiel ist vielleicht das Glücksspiel. Wie viel Geld werde ich wohl in dieser Runde Roulette verlieren (Oder gewinnen ?;))? Diese Frage ist ansich leicht zu beantworten, greift allerdings schon auf ein wichtiges Grundprinzip der Stochastik zurück. Wo wir also schon mitten drin in der Welt der Stochastik sind, lasst uns diese aufregende Reise durch Zahlen und Buchstaben beginnen!

Definitionen 😵‍💫

Nun wollen wir uns mit ein paar Zufallsexperimenten beschäftigen. Bevor wir aber tiefer in die Materie einsteigen können, müssen wohl oder übel noch ein paar Begriffe definiert werden.

Das Ergebnis, welches oft auch als ω\omega bezeichnet wird, ist ein mögliches Ergebnis eines Zufallexperiments. Beim Würfeln eines sechsseitigen Würfels wäre ein mögliches Ergebnis z.B. 6.

Alle mögliche Ergebnisse werden zusammengefasst in der Ergebnismenge Ω\varOmega. Die Ergebnismenge beim Wurf eines sechsseitigen Würfels ist Ω={1,2,3,4,5,6}\varOmega = \{1, 2, 3, 4, 5, 6\}. Betrachten wir den zweifachen Wurf eines Würfels besteht Ω\varOmega aus 36 möglichen Zahlenparen

Ω={(1;1),(1;2),(1;3),(1;4),(1;5),(1;6),(2;1),(2;2),(2;3),(2;4),(2;5),(2;6),...}\varOmega = \{(1;1), (1;2), (1;3), (1;4), (1;5), (1;6), (2;1), (2;2),\\ (2;3), (2;4), (2;5), (2;6),...\}

Ist ein Ergebnis Teil einer Ergebnismenge wird das als ω\omega ist Element von Ω\varOmega oder kurz: ωΩ\omega \in \varOmega beschrieben.

Die Zufallsgröße ist eine Funktion XX, die jedem Ergebnis ωΩ\omega \in \varOmega eines Zufallsexperiments eine reelle Zahl X(ω)X(\omega) zuordnet. Das klingt jetz kompliziert, ist in wirklichkeit allerdings einfach. Würfeln wir beim zweifachen Wurf eines Würfels das Ergebnis ω=(1;3)\omega = (1;3) zählt unsere Funktion XX die Augen zusammen. In diesem Fall wäre X(ω)=4X(\omega) = 4. Das ist keine klassische mathematische Funktion, zu welcher man einen Grafen zeichnen könnte. In unserem Fall ordnet sie lediglich jedem Ergebnis die Summe der Augen zu. (XX ist also eine nicht-injektive und nicht-surjektive Abbildung um genau zu sein ;)).

Der Begriff Ereignis wird dazu verwendet, ein oder mehrere Ergebnisse eines Zufallsexperiments zu beschreiben. Betrachten wir die Zufallsgröße XX: "Augensumme beim zweifachen Wurf eines Würfels" könnte man das Ereignis AA: "Die Augensumme ist 3" ausschreiben als: A={(1;1),(1;2),(2;1)}A = \{(1;1), (1;2), (2;1)\}, oder abstrakter durch A={ωX(ω)=3}A = \{\omega \mid X(\omega) = 3\} (A besteht aus der Menge aller ω\omega mit der Eigenschaft X(ω)=3X(\omega) = 3) oder kurz X=3X = 3 darstellen, da XX als Zufallsgröße hier die Augensumme darstellt.

Beispiel

Betrachten wir das Zufallsexperiment "Werfen von zwei Münzen". Unsere Zufallsgröße XX könnte z.B. jedem Ergebnis ω\omega die Anzahl der Kopf-Würfe zuordnen.

X((Zahl;Kopf))=1X((Zahl; Kopf)) = 1

X((Zahl;Zahl))=0X((Zahl; Zahl)) = 0

X((Kopf;Kopf))=2X((Kopf; Kopf)) = 2

X((Kopf;Zahl))=1X((Kopf; Zahl)) = 1

Genauso könnte XX allerdings auch jedem Ergebnis die Anzahl der Zahl-Würfe zuordnen. Das ist dann die Aufgabe des Aufgabenstellers ;).


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