Fasse zusammen, wie der Erwartungswert in Mathe funktioniert.

Question

Fasse zusammen, wie der Erwartungswert in Mathe funktioniert.

Antwort

Verwandte Fragen

Was bedeutet stochastisch?

Wie unterscheide ich Wahrscheinlichkeiten, relative Häufigkeiten und absolute Häufigkeiten?

Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, bei drei Würfen mit einem Würfel nur verschiedene Augenzahlen zu erhalten?

Was bedeutet die 1 bei einer Wahrscheinlichkeitsrechnung?

Wie wahrscheinlich ist es, nur unterschiedliche Augenzahlen beim Würfeln zu bekommen?

Wie kann man Standardabweichungen addieren?

Wie lässt sich die relative Häufigkeit einfach anhand eines Beispiels erklären?

Was ist relative Häufigkeit? Bitte mit Beispiel beschreiben.

Was sind die mathematischen Grundlagen der Regression?

Accepted Answer

Der Erwartungswert ist ein zentrales Konzept in der Wahrscheinlichkeitstheorie und Statistik. Er gibt den durchschnittlichen Wert an, den man bei wiederholten Versuchen eines Zufallsexperiments erwarten kann. Für eine diskrete Zufallsvariable \(X\) mit möglichen Werten \(x_1, x_2, \ldots, x_n\) und den zugehörigen Wahrscheinlichkeiten \(P(X = x_i)\) wird der Erwartungswert \(E(X)\) wie folgt berechnet: \[ E(X) = \sum_{i=1}^{n} x_i \cdot P(X = x_i) \] Für eine stetige Zufallsvariable wird der Erwartungswert durch das Integral über die Dichtefunktion \(f(x)\) definiert: \[ E(X) = \int_{-\infty}^{\infty} x \cdot f(x) \, dx \] Der Erwartungswert kann als der "Schwerpunkt" der Wahrscheinlichkeitsverteilung angesehen werden und ist ein Maß für die zentrale Tendenz der Zufallsvariable.

Accepted Answer

Das Wort „stochastisch“ bezieht sich auf Zufall oder Wahrscheinlichkeiten. In der Mathematik und Statistik beschreibt „stochastisch“ Prozesse, Modelle oder Methoden, bei denen... [mehr]

Accepted Answer

Das Wort „stochastisch“ bezieht sich auf Zufall oder Wahrscheinlichkeiten. In der Mathematik und Statistik beschreibt „stochastisch“ Prozesse, Modelle oder Methoden, bei denen Zufall eine Rolle spielt. Ein stochastischer Prozess ist zum Beispiel eine Folge von Zufallsereignissen, wie etwa das Werfen einer Münze oder die Entwicklung von Aktienkursen. Typische Anwendungsgebiete stochastischer Methoden sind: - Statistik und Wahrscheinlichkeitsrechnung - Finanzmathematik (z. B. Modellierung von Börsenkursen) - Physik (z. B. Brownsche Bewegung) - Informatik (z. B. Algorithmen, die Zufall nutzen) Das Gegenteil von stochastisch ist „deterministisch“, also vollständig vorhersehbar und ohne Zufallseinfluss.

Accepted Answer

Wahrscheinlichkeiten, relative Häufigkeiten und absolute Häufigkeiten sind drei verschiedene Begriffe aus der Statistik, die oft miteinander verwechselt werden. Hier die Unterschiede: **1.... [mehr]

Accepted Answer

Wahrscheinlichkeiten, relative Häufigkeiten und absolute Häufigkeiten sind drei verschiedene Begriffe aus der Statistik, die oft miteinander verwechselt werden. Hier die Unterschiede: **1. Absolute Häufigkeit:** Das ist die Anzahl, wie oft ein bestimmtes Ereignis in einer Stichprobe oder einem Experiment beobachtet wurde. **Beispiel:** In einer Umfrage antworten 30 von 100 Personen mit "Ja". Die absolute Häufigkeit für "Ja" ist 30. **2. Relative Häufigkeit:** Das ist der Anteil eines Ereignisses an der Gesamtzahl der Beobachtungen. Sie wird berechnet, indem man die absolute Häufigkeit durch die Gesamtzahl der Beobachtungen teilt. **Formel:** Relative Häufigkeit = Absolute Häufigkeit / Gesamtzahl **Beispiel:** 30 "Ja"-Antworten von 100 Befragten → 30/100 = 0,3 oder 30%. **3. Wahrscheinlichkeit:** Das ist ein theoretischer Wert, der angibt, wie wahrscheinlich das Eintreten eines Ereignisses ist. Sie wird meist als Zahl zwischen 0 und 1 angegeben. Wahrscheinlichkeiten werden oft auf Basis von Annahmen, Modellen oder bekannten Verteilungen berechnet, nicht direkt gemessen. **Beispiel:** Beim Würfeln ist die Wahrscheinlichkeit, eine "6" zu werfen, 1/6 ≈ 0,167. **Zusammengefasst:** - **Absolute Häufigkeit:** Wie oft ist etwas passiert? (z.B. 30-mal) - **Relative Häufigkeit:** Wie groß ist der Anteil? (z.B. 30%) - **Wahrscheinlichkeit:** Wie wahrscheinlich ist das Ereignis theoretisch? (z.B. 16,7%) **Wichtiger Unterschied:** Relative Häufigkeiten können als Schätzung für Wahrscheinlichkeiten dienen, wenn viele Versuche durchgeführt wurden (Gesetz der großen Zahlen). Wahrscheinlichkeiten sind aber theoretische Werte, während Häufigkeiten auf tatsächlichen Beobachtungen beruhen.

Accepted Answer

Bei drei Würfen mit einem normalen Würfel (6 Seiten) möchtest du wissen, wie groß die Wahrscheinlichkeit ist, dass **alle drei Würfe verschiedene Augenzahlen zeigen**. **L&o... [mehr]

Accepted Answer

Bei drei Würfen mit einem normalen Würfel (6 Seiten) möchtest du wissen, wie groß die Wahrscheinlichkeit ist, dass **alle drei Würfe verschiedene Augenzahlen zeigen**. **Lösungsschritte:** 1. **Gesamtzahl aller möglichen Ergebnisse:** Bei jedem Wurf gibt es 6 Möglichkeiten, also insgesamt \( 6 \times 6 \times 6 = 216 \) mögliche Ergebnisse. 2. **Günstige Fälle (alle Augenzahlen verschieden):** - Beim ersten Wurf: 6 Möglichkeiten (alle Zahlen sind möglich) - Beim zweiten Wurf: 5 Möglichkeiten (alle außer die vom ersten Wurf) - Beim dritten Wurf: 4 Möglichkeiten (alle außer die ersten beiden) Also: \( 6 \times 5 \times 4 = 120 \) günstige Fälle. 3. **Wahrscheinlichkeit:** \[ P = \frac{120}{216} = \frac{5}{9} \approx 0{,}5556 \] **Antwort:** Die Wahrscheinlichkeit, dass bei drei Würfen mit einem normalen Würfel alle Augenzahlen verschieden sind, beträgt **\(\frac{5}{9}\)** (ca. 55,56 %).

Accepted Answer

Die „1“ bei einer Rechnung der Wahrscheinlichkeit steht für die absolute Sicherheit, dass ein Ereignis eintritt. In der Wahrscheinlichkeitsrechnung werden Wahrscheinlichkeiten als Zah... [mehr]

Accepted Answer

Die „1“ bei einer Rechnung der Wahrscheinlichkeit steht für die absolute Sicherheit, dass ein Ereignis eintritt. In der Wahrscheinlichkeitsrechnung werden Wahrscheinlichkeiten als Zahlen zwischen 0 und 1 angegeben: - **0** bedeutet: Das Ereignis ist unmöglich. - **1** bedeutet: Das Ereignis tritt mit Sicherheit ein. Beispiel: Wenn du einen Würfel wirfst und die Wahrscheinlichkeit berechnest, dass eine Zahl zwischen 1 und 6 erscheint, ist das eine sichere Sache. Die Wahrscheinlichkeit ist also 1, weil es keine andere Möglichkeit gibt. Mathematisch: P(sicheres Ereignis) = 1 Die „1“ ist also der Maximalwert für Wahrscheinlichkeiten und steht für 100 %.

Accepted Answer

Um die Wahrscheinlichkeit zu berechnen, dass man beim Würfeln nur verschiedene Augenzahlen erhält, muss zunächst klar sein, **wie viele Würfel** geworfen werden. Da das in deiner F... [mehr]

Accepted Answer

Um die Wahrscheinlichkeit zu berechnen, dass man beim Würfeln nur verschiedene Augenzahlen erhält, muss zunächst klar sein, **wie viele Würfel** geworfen werden. Da das in deiner Frage nicht angegeben ist, wird meist angenommen, dass mit **sechs Würfeln** geworfen wird (weil ein Würfel sechs Seiten hat). Ich erkläre den Fall für sechs Würfel: **Frage:** Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass beim gleichzeitigen Wurf von sechs Würfeln jede Augenzahl (1 bis 6) genau einmal vorkommt? --- ### Schritt 1: Gesamtzahl aller Möglichkeiten Jeder Würfel hat 6 Seiten, also gibt es insgesamt \( 6^6 = 46.656 \) verschiedene Möglichkeiten, sechs Würfel zu werfen. --- ### Schritt 2: Günstige Fälle (jede Augenzahl genau einmal) Wir suchen die Anzahl der Möglichkeiten, wie jede Augenzahl genau einmal vorkommt. Das entspricht der Anzahl der Permutationen der sechs Zahlen: \( 6! = 720 \) --- ### Schritt 3: Wahrscheinlichkeit berechnen Die Wahrscheinlichkeit ist also: \[ P = \frac{6!}{6^6} = \frac{720}{46.656} \approx 0,0154 \] Das entspricht etwa **1,54 %**. --- **Zusatz:** Wenn du eine andere Anzahl von Würfeln meinst, gib bitte die genaue Zahl an. Dann kann die Wahrscheinlichkeit entsprechend berechnet werden.

Accepted Answer

Standardabweichungen können nicht einfach addiert werden, da sie Streuungsmaße sind und nicht direkt summiert werden dürfen. Wie du mit Standardabweichungen umgehst, hängt davon a... [mehr]

Accepted Answer

Standardabweichungen können nicht einfach addiert werden, da sie Streuungsmaße sind und nicht direkt summiert werden dürfen. Wie du mit Standardabweichungen umgehst, hängt davon ab, was du berechnen möchtest: **1. Wenn du die Standardabweichung der Summe zweier unabhängiger Zufallsvariablen suchst:** Du musst die **Varianzen** (das Quadrat der Standardabweichungen) addieren und dann die Wurzel ziehen: \[ \text{Varianz der Summe} = \sigma_1^2 + \sigma_2^2 \] \[ \text{Standardabweichung der Summe} = \sqrt{\sigma_1^2 + \sigma_2^2} \] **2. Wenn die Zufallsvariablen nicht unabhängig sind:** Dann musst du zusätzlich die Kovarianz berücksichtigen: \[ \text{Varianz der Summe} = \sigma_1^2 + \sigma_2^2 + 2 \cdot \text{Kovarianz}(X_1, X_2) \] **3. Wenn du mehrere Messreihen zusammenfasst:** Hier ist es meist sinnvoll, die gepoolte Standardabweichung zu berechnen, z.B. mit der Formel für die gepoolte Standardabweichung bei gleichen Stichprobengrößen: \[ s_{gepoolt} = \sqrt{\frac{s_1^2 + s_2^2}{2}} \] **Fazit:** Standardabweichungen werden also nicht direkt addiert, sondern über die Varianzen kombiniert. Die genaue Methode hängt vom Kontext ab.

Accepted Answer

Die relative Häufigkeit gibt an, wie oft ein bestimmtes Ereignis im Vergleich zur Gesamtzahl aller Ereignisse auftritt. Sie wird berechnet, indem man die Anzahl eines bestimmten Ereignisses durch... [mehr]

Accepted Answer

Die relative Häufigkeit gibt an, wie oft ein bestimmtes Ereignis im Vergleich zur Gesamtzahl aller Ereignisse auftritt. Sie wird berechnet, indem man die Anzahl eines bestimmten Ereignisses durch die Gesamtanzahl aller Ereignisse teilt. **Beispiel:** Stell dir vor, du wirfst einen Würfel 20-mal und die Zahl „3“ kommt dabei 5-mal vor. - Absolute Häufigkeit der „3“: 5 - Gesamtzahl der Würfe: 20 **Relative Häufigkeit der „3“:** \( \text{Relative Häufigkeit} = \frac{5}{20} = 0{,}25 \) Das bedeutet: In 25 % der Fälle ist eine „3“ gefallen.

Accepted Answer

Die relative Häufigkeit gibt an, wie oft ein bestimmtes Ereignis im Verhältnis zur Gesamtzahl der Beobachtungen auftritt. Sie wird berechnet, indem man die absolute Häufigkeit (also die... [mehr]

Accepted Answer

Die relative Häufigkeit gibt an, wie oft ein bestimmtes Ereignis im Verhältnis zur Gesamtzahl der Beobachtungen auftritt. Sie wird berechnet, indem man die absolute Häufigkeit (also die Anzahl, wie oft ein Ereignis beobachtet wurde) durch die Gesamtzahl aller Beobachtungen teilt. **Beispiel:** Stell dir vor, du würfelst 20-mal mit einem Würfel und die Zahl „6“ kommt dabei 4-mal vor. - Absolute Häufigkeit der „6“: 4 - Gesamtzahl der Würfe: 20 Die relative Häufigkeit der „6“ ist dann: \[ \text{Relative Häufigkeit} = \frac{\text{Absolute Häufigkeit}}{\text{Gesamtzahl der Beobachtungen}} = \frac{4}{20} = 0{,}2 \] Das bedeutet: In 20 % der Fälle wurde eine „6“ geworfen.

Accepted Answer

Die mathematischen Grundlagen der Regression basieren auf der Modellierung von Zusammenhängen zwischen Variablen. Im einfachsten Fall, der linearen Regression, wird angenommen, dass zwischen eine... [mehr]

Accepted Answer

Die mathematischen Grundlagen der Regression basieren auf der Modellierung von Zusammenhängen zwischen Variablen. Im einfachsten Fall, der linearen Regression, wird angenommen, dass zwischen einer abhängigen Variable \( y \) und einer oder mehreren unabhängigen Variablen \( x \) ein linearer Zusammenhang besteht. **1. Lineares Regressionsmodell:** Das Grundmodell lautet: \[ y = \beta_0 + \beta_1 x_1 + \beta_2 x_2 + \ldots + \beta_p x_p + \varepsilon \] - \( y \): abhängige Variable (Zielgröße) - \( x_1, x_2, \ldots, x_p \): unabhängige Variablen (Prädiktoren) - \( \beta_0, \beta_1, \ldots, \beta_p \): Regressionskoeffizienten - \( \varepsilon \): Fehlerterm (Residuum) **2. Ziel der Regression:** Die Regressionsanalyse sucht die Werte für die Koeffizienten \( \beta \), sodass die Vorhersage \( \hat{y} \) möglichst gut zu den beobachteten Werten \( y \) passt. **3. Methode der kleinsten Quadrate (Least Squares):** Die am häufigsten verwendete Methode ist die Methode der kleinsten Quadrate. Sie minimiert die Summe der quadrierten Abweichungen (Residuen) zwischen den beobachteten und den vorhergesagten Werten: \[ \text{Minimiere} \quad S = \sum_{i=1}^n (y_i - \hat{y}_i)^2 \] **4. Matrixdarstellung:** Für mehrere Variablen kann das Modell in Matrixform geschrieben werden: \[ \mathbf{y} = \mathbf{X}\boldsymbol{\beta} + \boldsymbol{\varepsilon} \] - \( \mathbf{y} \): Vektor der Zielgrößen - \( \mathbf{X} \): Matrix der Prädiktoren (mit einer Spalte für den Achsenabschnitt) - \( \boldsymbol{\beta} \): Vektor der Regressionskoeffizienten - \( \boldsymbol{\varepsilon} \): Fehlervektor Die Lösung für die Koeffizienten ist: \[ \hat{\boldsymbol{\beta}} = (\mathbf{X}^T\mathbf{X})^{-1}\mathbf{X}^T\mathbf{y} \] **5. Annahmen der linearen Regression:** - Linearität: Der Zusammenhang zwischen \( x \) und \( y \) ist linear. - Unabhängigkeit: Die Fehler sind unabhängig. - Homoskedastizität: Die Fehler haben konstante Varianz. - Normalverteilung der Fehler (für Inferenz). **6. Erweiterungen:** - Nichtlineare Regression: Modelliert nichtlineare Zusammenhänge. - Multiple Regression: Mehrere Prädiktoren. - Regularisierte Regression (z.B. Ridge, Lasso): Fügt Strafterme hinzu, um Überanpassung zu vermeiden. **Zusammenfassung:** Die mathematischen Grundlagen der Regression bestehen aus der Annahme eines funktionalen Zusammenhangs, der Schätzung der Modellparameter (meist mit der Methode der kleinsten Quadrate) und bestimmten Annahmen über die Fehlerstruktur.