Statistik I für Betriebswirte Vorlesung 5

Ähnliche Dokumente
Statistik für Ingenieure Vorlesung 5

Stetige Standardverteilungen

Statistik I für Betriebswirte Vorlesung 14

Statistik I für Betriebswirte Vorlesung 3

5. Spezielle stetige Verteilungen

Standardnormalverteilung

Zufallsvariablen. Diskret. Stetig. Verteilung der Stichprobenkennzahlen. Binomial Hypergeometrisch Poisson. Normal Lognormal Exponential

70 Wichtige kontinuierliche Verteilungen

6.2 Approximation der Binomialverteilung

Statistik I für Betriebswirte Vorlesung 14

Einführung in Quantitative Methoden

Definition Sei X eine stetige Z.V. mit Verteilungsfunktion F und Dichte f. Dann heißt E(X) :=

0, t 0,5

Vorlesung: Statistik II für Wirtschaftswissenschaft

Binomialverteilung. Häufigkeit, mit der Ereignis A bei n unabhängigen Versuchen eintritt. Träger von X : X = {0, 1, 2,..., n}.

Statistik II für Betriebswirte Vorlesung 2

Mathematica: u=5;s=1;plot[exp[-0.5((x-u)/s)^2],{x,0,10}] 76

Statistik I für Betriebswirte Vorlesung 4

Fit for Abi & Study Stochastik

Mathematik für Biologen

Bestimmte Zufallsvariablen sind von Natur aus normalverteilt. - naturwissenschaftliche Variablen: originär z.b. Intelligenz, Körpergröße, Messfehler

Mathematik für Biologen

Biostatistik, Winter 2011/12

Zusammenfassung Mathe II. Themenschwerpunkt 2: Stochastik (ean) 1. Ein- und mehrstufige Zufallsexperimente; Ergebnismengen

Biostatistik, Sommer 2017

Wahrscheinlichkeitsfunktion. Binomialverteilung. Binomialverteilung. Wahrscheinlichkeitshistogramme

STETIGE VERTEILUNGEN

P n (k) f(k) = 1 σ 2π e ) 2. σ 2π

Übung zu Empirische Ökonomie für Fortgeschrittene SS 2009

Normalverteilung. Erwartungswert, Median und Modus sind identisch. Symmetrieeigenschaft um den Erwartungswert

Vorlesung 7a. Der Zentrale Grenzwertsatz

Statistik I für Betriebswirte Vorlesung 3

Wahrscheinlichkeitstheorie und Statistik

1. Was ist eine Wahrscheinlichkeit P(A)?

Wiederholung Analysis

Statistik. Sommersemester Stefan Etschberger. für Betriebswirtschaft, Internationales Management, Wirtschaftsinformatik und Informatik

Statistische Analyseverfahren Abschnitt 2: Zufallsvektoren und mehrdimensionale Verteilungen

Vorlesung: Statistik II für Wirtschaftswissenschaft

Teil VIII. Zentraler Grenzwertsatz und Vertrauensintervalle. Woche 6: Zentraler Grenzwertsatz und Vertrauensintervalle. Lernziele. Typische Situation

Spezielle stetige Verteilungen

Kapitel 12 Stetige Zufallsvariablen Dichtefunktion und Verteilungsfunktion. stetig. Verteilungsfunktion

Wirtschaftsmathematik

K. Eppler, Inst. f. Num. Mathematik Übungsaufgaben. 10. Übung SS 18: Woche vom

Kapitel VII. Einige spezielle stetige Verteilungen

1 Stochastische Konvergenz 2

Abiturvorbereitung Stochastik. neue friedländer gesamtschule Klasse 12 GB Holger Wuschke B.Sc.

Wahrscheinlichkeit und Statistik: Zusammenfassung

Marcus Hudec. Statistik 2 für SoziologInnen. Normalverteilung. Univ.Prof. Dr. Marcus Hudec. Statistik 2 für SoziologInnen 1 Normalverteilung

Standardnormalverteilung

1 Stochastische Konvergenz 2. 2 Das Gesetz der grossen Zahlen 4. 3 Der Satz von Bernoulli 6

Statistik für Ingenieure Vorlesung 3

Kapitel VII - Funktion und Transformation von Zufallsvariablen

Statistik I für Betriebswirte Vorlesung 13

1. Grundbegri e. T n i=1 A i = A 1 \ A 2 \ : : : \ A n alle A i treten ein. na = A das zu A komplementäre Ereignis; tritt ein, wenn A nicht eintritt.

Statistik 2 für SoziologInnen. Normalverteilung. Univ.Prof. Dr. Marcus Hudec. Themen dieses Kapitels sind:

f(x) = P (X = x) = 0, sonst heißt Poisson-verteilt mit Parameter (oder Rate) λ > 0, kurz X P o(λ). Es gilt x x! 1 Wahrscheinlichkeitsrechnung 212

Vorlesung 6b. Von der Binomial-zur Normalverteilung

Marcus Hudec. Statistik 2 für SoziologInnen. Normalverteilung. Univ.Prof. Dr. Marcus Hudec. Statistik 2 für SoziologInnen 1 Normalverteilung

Chi-Quadrat-Verteilung

1. Grundbegri e der Stochastik

1.5.4 Quantile und Modi

ETWR Teil B. Spezielle Wahrscheinlichkeitsverteilungen (stetig)

1. Grundbegri e der Stochastik

Mathematik für Naturwissenschaften, Teil 2

Vorlesung 7b. Unabhängigkeit bei Dichten. und die mehrdimensionale Standardnormalverteilung

Zufallsvariablen [random variable]

Statistik. Sommersemester Prof. Dr. Stefan Etschberger Hochschule Augsburg. für Betriebswirtschaft und internationales Management

1 Vorbemerkungen 1. 2 Zufallsexperimente - grundlegende Begriffe und Eigenschaften 2. 3 Wahrscheinlichkeitsaxiome 4. 4 Laplace-Experimente 6

Grundbegriffe der Stochastik II

Motivation. Benötigtes Schulwissen. Übungsaufgaben. Wirtschaftswissenschaftliches Zentrum 10 Universität Basel. Statistik

Wichtige Begriffe und Sätze aus der Wahrscheinlichkeitsrechnung

Klausur zu,,einführung in die Wahrscheinlichkeitstheorie

Fakultät Verkehrswissenschaften Friedrich List Professur für Ökonometrie und Statistik, insb. im Verkehrswesen. Statistik II

Der Zentrale Grenzwertsatz

Veranstaltung: Statistik für das Lehramt Dozent: Martin Tautenhahn Referenten: Belinda Höher, Thomas Holub, Maria Böhm.

Mathematik für Biologen

Normalverteilung und Standardisierung

Statistik für Ingenieure Vorlesung 6

K. Eppler, Inst. f. Num. Mathematik Übungsaufgaben. 11. Übung SS 18: Woche vom

Kapitel 2 Wahrscheinlichkeitsrechnung

9 Die Normalverteilung

3 Stetige Zufallsvariablen

Kapitel 12 Stetige Zufallsvariablen Dichtefunktion und Verteilungsfunktion. stetig. Verteilungsfunktion

Größe von Unendlich. Statistik. usw. Enthält die Menge. 1. der natürlichen Zahlen N = {1, 2, 3, 4,...}

Wichtige Definitionen und Aussagen

Vorlesung 7b1. Der Zentrale Grenzwertsatz. Einführung und Erlebnis

Vorlesung Gesamtbanksteuerung Mathematische Grundlagen II Dr. Klaus Lukas Carsten Neundorf. Vorlesung 04 Mathematische Grundlagen II,

6. Kontinuierliche Zufallsgrößen. Beispiel 1: Die Exponentialverteilungen Sei λ > 0. Setzen

Der Zentrale Grenzwertsatz & Konfidenzintervalle

Willkommen zur Vorlesung Statistik (Master)

0, sonst. heißt Poisson-verteilt mit Parameter (oder Rate) λ > 0, kurz X Po(λ). Es gilt. x! e λ, x {0, 1,...} 1 Wahrscheinlichkeitsrechnung 164

Die tatsächlichen Breiten und Höhen der Säulen und damit der Flächeninhalt bleiben unverändert:

Referenten: Gina Spieler, Beatrice Bressau, Laura Uhlmann Veranstaltung: Statistik für das Lehramt Dozent: Martin Tautenhahn

K. Eppler, Inst. f. Num. Mathematik Übungsaufgaben. 11. Übung SS 13: Woche vom

Stochastik. 1. Wahrscheinlichkeitsräume

Stetige Verteilungen. A: Beispiele Beispiel 1: a) In den folgenden Abbildungen sind die Dichtefunktionen von drei bekannten Verteilungen graphisch

Die tatsächlichen Breiten und Höhen der Säulen und damit der Flächeninhalt bleiben unverändert:

Transkript:

Statistik I für Betriebswirte Vorlesung 5 Dr. Andreas Wünsche TU Bergakademie Freiberg Institut für Stochastik 7. Mai 2018 Dr. Andreas Wünsche Statistik I für Betriebswirte Vorlesung 5 Version: 30. April 2018 1

1.7 Wichtige stetige Wahrscheinlichkeitsverteilungen 1.7.1 Normalverteilung (Gauß-Verteilung) Dichtefunktion 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 1 f(x) = e (x µ)2 2 2 2π mit µ = 5, = 3 5 0 5 10 15 x Parameter: µ R, 2 > 0. Dr. Andreas Wünsche Statistik I für Betriebswirte Vorlesung 5 Version: 30. April 2018 2

Normalverteilung (Gauß-Verteilung) Zufallsgröße X mit Dichtefunktion f X bzw. Verteilungsfunktion F X f X (x) = 1 2π e (x µ)2 2 2, F X (x) = 1 2π x e (t µ)2 2 2 dt, x R. Dichtefunktion Verteilungsfunktion 0.00 0.04 0.08 0.12 1 f X(x) = e (x µ)2 2 2 2π mit µ = 5, = 3 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 X~N(µ, 2 ) mit µ = 5, = 3 F X(x) 5 0 5 10 15 5 0 5 10 15 x Bezeichnung: X N(µ, 2 ). Kenngrößen: EX = µ und VarX = 2. x Dr. Andreas Wünsche Statistik I für Betriebswirte Vorlesung 5 Version: 30. April 2018 3

Dichtefunktionen mit verschiedenen Erwartungswerten Dichtefunktionen 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 X~N(µ, 2 ) µ = 10, = 3 µ = 5, = 3 µ = 0, = 3 10 5 0 5 10 15 20 x Die Dichtefunktion ist symmetrisch bezüglich der Geraden x = µ, deshalb gilt für den Median auch x 0.5 = µ. Dr. Andreas Wünsche Statistik I für Betriebswirte Vorlesung 5 Version: 30. April 2018 4

Dichtefunktionen mit verschiedenen Varianzen Dichtefunktionen 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 X~N(µ, 2 ) µ = 5, = 5 µ = 5, = 3 µ = 5, = 2 10 5 0 5 10 15 20 x Dr. Andreas Wünsche Statistik I für Betriebswirte Vorlesung 5 Version: 30. April 2018 5

Verschiedene Dichtefunktionen Dichtefunktionen 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 X~N(µ, 2 ) µ = 9, = 2.5 µ = 5, = 2 µ = 1, = 3 10 5 0 5 10 15 20 x Dr. Andreas Wünsche Statistik I für Betriebswirte Vorlesung 5 Version: 30. April 2018 6

Standardnormalverteilung Die Zufallsgröße X ist standardnormalverteilt, falls X normalverteilt ist mit µ = EX = 0 und 2 = VarX = 1, d.h. X N(0, 1). Die Dichte- bzw. Verteilungsfunktion sind dann φ(x) = 1 2π e x2 2 bzw. Φ(x) = 1 2π x e t2 2 dt, x R. Ist die Zufallsgröße X normalverteilt mit Erwartungswert µ und Varianz 2, dann ist die standardisierte Zufallsgröße Z := X µ standardnormalverteilt, d.h. normalverteilt mit Erwartungswert 0 und Varianz 1. Dr. Andreas Wünsche Statistik I für Betriebswirte Vorlesung 5 Version: 30. April 2018 7

Berechnung von Wahrscheinlichkeiten Geg.: X N(µ, 2 ), a < b. Ges.: P(a X b). Wegen Z = X µ N(0, 1) gilt P(a X b) = ( a µ P X µ b µ ) = ( a µ P Z b µ ) = ( ) ( ) b µ a µ Φ Φ. Dabei ist Φ die Verteilungsfunktion der Standardnormalverteilung. Dr. Andreas Wünsche Statistik I für Betriebswirte Vorlesung 5 Version: 30. April 2018 8

Berechnung von Wahrscheinlichkeiten II ( ) ( ) b µ a µ P(a X b) = Φ Φ, ( ) a µ P(a X ) = 1 Φ, ( ) b µ P(X b) = Φ. Die Funktionswerte von Φ können aus einer Tabelle (z.b. im Anhang der Formelsammlung zur Lehrveranstaltung) abgelesen werden oder z.b. mit einem Taschenrechner berechnet werden. Für alle reelle Zahlen x gilt: Φ( x) = 1 Φ(x). Dr. Andreas Wünsche Statistik I für Betriebswirte Vorlesung 5 Version: 30. April 2018 9

Rechenbeispiel 1.11 Geg.: X N(30, 25). Ges.: P(28 X 35). Dichtefunktion 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 X~N(µ, 2 ) mit µ = 30, = 5 15 20 25 30 35 40 45 x Dr. Andreas Wünsche Statistik I für Betriebswirte Vorlesung 5 Version: 30. April 2018 10

Intervall symmetrisch zum Erwartungswert Geg.: X N(µ, 2 ) und c > 0. ( ) ( ) (µ + c) µ (µ c) µ P(µ c X µ + c) = Φ Φ ( c ) ( ) c = Φ Φ ( c ) ( ( c )) = Φ 1 Φ ( c ) = 2Φ 1 Beispiel.: 3-Regel: c = 3. P(µ 3 X µ + 3) = 0.9974 Dr. Andreas Wünsche Statistik I für Betriebswirte Vorlesung 5 Version: 30. April 2018 11

k Regeln für Normalverteilung Frage: Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit dafür, dass der Wert einer Zufallsgröße X N(µ, 2 ) um nicht mehr als 3 vom Erwartungswert ( Sollwert ) µ abweicht? Antwort: P(µ 3 X µ + 3) = ( ) 3 2Φ 1 = 2Φ(3) 1 = 2 0.9987 1 = 0.9974 3 Regel: 2 Regel: 1 Regel: Innerhalb von µ ± 3 liegen 99.7% der Messwerte. Innerhalb von µ ± 2 liegen ca. 95.4% der Messwerte. Innerhalb von µ ± liegen ca. 68.3% der Messwerte. Dr. Andreas Wünsche Statistik I für Betriebswirte Vorlesung 5 Version: 30. April 2018 12

Beispiel 1.12 2 Intervall Geg.: X N(5, 9), d.h. µ = 5 und = 3. 0.954 = P(µ 2 X µ + 2) = P(5 2 3 X 5 + 2 3) = P( 1 X 11) Dichtefunktion 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 1 f X (x) = e (x µ)2 2 2 2π 0.954 mit µ = 5, = 3 5 0 5 10 15 x Dr. Andreas Wünsche Statistik I für Betriebswirte Vorlesung 5 Version: 30. April 2018 13

Quantile der Standardnormalverteilung Die Quantilsfunktion ist die Umkehrfunktion (inverse Funktion) der Verteilungsfunktion. Das p-quantil der Standardnormalverteilung wird mit z p bezeichnet. Sei 0 < p < 1 eine Wahrscheinlichkeit und Z N(0, 1), dann ist: P(Z < z p ) = Φ(z p ) = p = z p = Φ 1 (p). Die Werte von z p können aus einer Tabelle (z.b. im Anhang der Formelsammlung zur Lehrveranstaltung) abgelesen werden oder z.b. mit einem Taschenrechner berechnet werden. Es gilt: z p = z 1 p Beispiel: z 0.05 = z 0.95 = 1.645. Dr. Andreas Wünsche Statistik I für Betriebswirte Vorlesung 5 Version: 30. April 2018 14

Beispielaufgabe 1.13 vorgegebene Wahrscheinlichkeit Frage: In welchem Intervall I = [µ c; µ + c] liegen im Mittel (z.b.) 90% der Messwerte für X N(µ, 2 )? Ges.: c, so dass P( X µ c) = 0.9. Lsg.: ( c ) Φ 0.9 = P( X µ c) = P(µ c X µ + c) = 2Φ = 0.9 + 1 2 = 0.95 c = z 0.95 = 1.645 (0.95-Quantil) c = 1.645. ( c ) 1 D.h., zwischen µ 1.645 und µ + 1.645 liegen im Mittel 90% der Messwerte. Dr. Andreas Wünsche Statistik I für Betriebswirte Vorlesung 5 Version: 30. April 2018 15

Beispielaufgabe 1.14 zum Additionssatz Additionssatz: X 1 N(µ 1, 1 2), X 2 N(µ 2, 2 2), unabhängig, a 1, a 2 R a 1 X 1 + a 2 X 2 N(a 1 µ 1 + a 2 µ 2, a1 22 1 + a2 2 2 2 ). Geg.: Ges.: Abfüllmenge in ml Flasche: X N(1000, 100) Flaschenvolumen in ml: Y N(1020, 25) Wahrscheinlichkeit, dass Flasche beim Abfüllen überläuft. Dr. Andreas Wünsche Statistik I für Betriebswirte Vorlesung 5 Version: 30. April 2018 16

Zentraler Grenzwertsatz I X i i=1 Die Summe S n = n von n unabhängigen N(µ, 2 )-verteilten Zufallsgrößen X 1,..., X n ist normalverteilt mit Erwartungswert nµ und Varianz n 2. Näherungsweise gilt eine ähnliche Aussage auch für Zufallsgrößen mit anderen Verteilungen. Für unabhängige, identisch verteilte Zufallsgrößen X 1, X 2,... mit EX i = µ, VarX i = 2 > 0 konvergiert die Verteilung der standardisierten Summe gegen die Standardnormalverteilung, d.h. es gilt für z R P ( Sn ES n VarSn bzw. für große n gilt: ) ( ) Sn nµ < z = P < z Φ(z), n 2 n P (S n < x) Φ ( ) x nµ. n 2 Dr. Andreas Wünsche Statistik I für Betriebswirte Vorlesung 5 Version: 30. April 2018 17

Zentraler Grenzwertsatz II Häufig ergeben sich Zufallsgrößen (z.b. Messfehler) durch (additive) Überlagerung vieler kleiner stochastischer Einflüsse. Der zentrale Grenzwertsatz bewirkt dann, dass man diese Größen (näherungsweise) als normalverteilt ansehen kann. Spezialfall: Sind X 1,..., X n identisch Bernoulli-verteilt, d.h. X i Bin(1, p), so gilt für die Summe S n Bin(n, p) und nach dem zentralen Grenzwertsatz gilt für z R : ( ) S n np P < z np(1 p) n Φ(z) bzw. für große n (np(1 p) > 9) gilt ( ) x np P (S n < x) Φ (Satz von Moivre-Laplace). np(1 p) Dr. Andreas Wünsche Statistik I für Betriebswirte Vorlesung 5 Version: 30. April 2018 18

Beispiel 1.15 Zentraler Grenzwertsatz I Eine Weinkellerei lädt 200 Kunden zur Weinverkostung ein. Erfahrungsgemäß kommt es mit 60% der Kunden zu einem Verkaufsabschluss. Wie groß sind die Wahrscheinlichkeiten, dass genau 130 Kunden abschließen und dass mehr als 130 Kunden abschließen? ZG X = Anzahl der Abschlüsse Bin(200, 0.6) E(X ) = Var(X ) = P(X = 130) = ( 200 130) 0.6 130 0.4 70 = 0.0205 P(X > 130) = 200 k=131 ( 200 ) k 0.6k 0.4 200 k = 0.0639. Dr. Andreas Wünsche Statistik I für Betriebswirte Vorlesung 5 Version: 30. April 2018 19

Beispiel 1.15 Zentraler Grenzwertsatz II Approximation mittels Normalverteilung P(X = 130) = P(129.5 < X < 130.5) P(X > 130) = 1 P(X 130) = 1 P(X < 130.5) Dr. Andreas Wünsche Statistik I für Betriebswirte Vorlesung 5 Version: 30. April 2018 20