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Mengen-Operationen elementar
Beispiel:
Gegeben ist die Ergebnismenge S={1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10} und die Menge B = {1; 2; 3; 5; 7}. Bestimme .
Gegeben sind ja die Ergebnismenge S={1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10} und die Menge B = {1; 2; 3; 5; 7}.
Die Menge
umfasst alle Elemente der Ergebnismenge S={1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10},
die nicht in der Menge B={1; 2; 3; 5; 7} sind,
also
= {4; 6; 8; 9; 10}
Mengen-Operationen (allg.)
Beispiel:
Gegeben ist die Ergebnismenge S={1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10} und die Menge B = {4; 5; 8; 9; 10}. Bestimme .
Gegeben sind ja die Ergebnismenge S={1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10} und die Menge B = {4; 5; 8; 9; 10}.
Die Menge
umfasst alle Elemente der Ergebnismenge S={1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10},
die nicht in der Menge B={4; 5; 8; 9; 10} sind,
also
= {1; 2; 3; 6; 7}
Mengen-Operationen Wahrscheinlichkeit
Beispiel:
In einer Urne sind 10 Kugeln mit den Zahlen 1 bis 10 beschriftet. Es wird eine Kugel zufällig gezogen. Bestimme die Wahrscheinlichkeit, dass die Zahl dieser Kugel durch 3 teilbar ist oder dass die Zahl dieser Kugel höchstens die 3 ist.
Gegeben sind ja die Ergebnismenge S={1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10} und die Mengen A = {3; 6; 9} und B = {1; 2; 3}.
Die Menge
also
Da alle Elemente aus S gleich wahrscheinlich sind, kann man nun die gesuchte Wahrscheinlichkeit über die Anzahl der Elemente der Mengen bestimmen:
P(
Mengen-Operationen Anwendungen
Beispiel:
(Alle Sektoren sind Vielfache
von Achtels-Kreisen)
Bestimme alle Sektoren, deren Zahl durch 5 teilbar ist oder deren Hintergrund eingefärbt ist.
Gegeben sind ja die Ergebnismenge S={1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8} und die Mengen A = {1; 2; 3; 7} und B = {5}.
Die Menge
also
Vierfeldertafel mit Anzahlen
Beispiel:
In der angezeigten Vierfeldertafel sind in jeder Zelle Anzahlen. Vervollständige die Vierfeldertafel.
In der 1. Zeile sind bereits zwei Werte bekannt, und da wir wissen, dass die weiße Zelle rechts immer die Summe der beiden inneren Zellen ist, können wir folgende Gleichung aufstellen:
188 + H(A ∩ ) = 321
Somit gilt: H(A ∩ ) = 321 - 188 = 133
188 | 133 | 321 | |
124 | |||
197 |
In der 1. Spalte sind bereits zwei Werte bekannt, und da wir wissen, dass die weiße Zelle unten immer die Summe der beiden inneren Zellen darüber ist, können wir folgende Gleichung aufstellen:
188 + 124 = H(B)
Somit gilt: H(B) = 188 + 124 = 312
188 | 133 | 321 | |
124 | |||
312 | 197 |
In der 2. Spalte sind bereits zwei Werte bekannt, und da wir wissen, dass die weiße Zelle unten immer die Summe der beiden inneren Zellen darüber ist, können wir folgende Gleichung aufstellen:
133 + H( ∩ ) = 197
Somit gilt: H( ∩ ) = 197 - 133 = 64
188 | 133 | 321 | |
124 | 64 | ||
312 | 197 |
In der 2. Zeile sind bereits zwei Werte bekannt, und da wir wissen, dass die weiße Zelle rechts immer die Summe der beiden inneren Zellen ist, können wir folgende Gleichung aufstellen:
124 + 64 = H( )
Somit gilt: H( ) = 124 + 64 = 188
188 | 133 | 321 | |
124 | 64 | 188 | |
312 | 197 |
In der 3. Zeile sind bereits zwei Werte bekannt, und da wir wissen, dass die weiße Zelle rechts immer die Summe der beiden inneren Zellen ist, können wir folgende Gleichung aufstellen:
312 + 197 = H(B + )
Somit gilt: H(B + ) = 312 + 197 = 509
188 | 133 | 321 | |
124 | 64 | 188 | |
312 | 197 | 509 |
Somit ist die Vierfeldertafel komplett ausgefüllt.
Vierfeldertafel mit Wahrscheinlichkeiten
Beispiel:
In der angezeigten Vierfeldertafel stehen in jeder Zelle Wahrscheinlichkeiten. Vervollständige die Vierfeldertafel.
Als erstes tragen wir rechts unten die Summe P(A)+P( ) = P(B)+P( ) = 1 ein, schließlich ist die Wahrscheinlichkeit, dass A gilt oder dass gilt 100%.
0,3 | |||
0,07 | 0,23 | ||
1 |
In der 2. Zeile sind bereits zwei Werte bekannt, und da wir wissen, dass die weiße Zelle rechts immer die Summe der beiden inneren Zellen ist, können wir folgende Gleichung aufstellen:
P( ∩ B) + 0.07 = 0.23
Somit gilt: P( ∩ B) = 0.23 - 0.07 = 0.16
0,3 | |||
0,16 | 0,07 | 0,23 | |
1 |
In der 2. Spalte sind bereits zwei Werte bekannt, und da wir wissen, dass die weiße Zelle unten immer die Summe der beiden inneren Zellen darüber ist, können wir folgende Gleichung aufstellen:
0.3 + 0.07 = P( )
Somit gilt: P( ) = 0.3 + 0.07 = 0.37
0,3 | |||
0,16 | 0,07 | 0,23 | |
0,37 | 1 |
In der 3. Spalte sind bereits zwei Werte bekannt, und da wir wissen, dass die weiße Zelle unten immer die Summe der beiden inneren Zellen darüber ist, können wir folgende Gleichung aufstellen:
P(A) + 0.23 = 1
Somit gilt: P(A) = 1 - 0.23 = 0.77
0,3 | 0,77 | ||
0,16 | 0,07 | 0,23 | |
0,37 | 1 |
In der 1. Zeile sind bereits zwei Werte bekannt, und da wir wissen, dass die weiße Zelle rechts immer die Summe der beiden inneren Zellen ist, können wir folgende Gleichung aufstellen:
P(A ∩ B) + 0.3 = 0.77
Somit gilt: P(A ∩ B) = 0.77 - 0.3 = 0.47
0,47 | 0,3 | 0,77 | |
0,16 | 0,07 | 0,23 | |
0,37 | 1 |
In der 3. Zeile sind bereits zwei Werte bekannt, und da wir wissen, dass die weiße Zelle rechts immer die Summe der beiden inneren Zellen ist, können wir folgende Gleichung aufstellen:
P(B) + 0.37 = 1
Somit gilt: P(B) = 1 - 0.37 = 0.63
0,47 | 0,3 | 0,77 | |
0,16 | 0,07 | 0,23 | |
0,63 | 0,37 | 1 |
Somit ist die Vierfeldertafel komplett ausgefüllt.
VFT Anwend. Häufigkeiten
Beispiel:
Alle SchülerInnen eines Gymnasiums kommen entweder mit dem Fahrrad bzw. zu Fuß oder aber mit dem Bus oder einem Auto zur Schule. Von denen, die nicht weiter als 2 km von der Schule entfernt wohnen fahren trotzdem 94 mit dem Bus oder Auto. Von den 335 SchülerInnen, die weiter als 2 km von der Schule entfernt wohnen, kommen aber immerhin 20 mit dem Fahrrad oder zu Fuß. Insgesamt fahren 140 mit dem Fahrrad oder gehen zu Fuß. Wie viele SchülerInnen hat die Schule ?
Um die Aufgabe mit einer Vierfeldertafel lösen zu können, müssen wir erst unsere Ergebnisse A und B definieren:
: nah
: nicht nah, also entfernt
: Fahrrad/Fuß
: nicht Fahrrad/Fuß, also Bus/Auto
Hiermit ergibt sich folgende Vierfeldertafel:
(Fahrrad/Fuß) |
(Bus/Auto) | ||
---|---|---|---|
(nah) | 94 | ||
(entfernt) | 20 | 335 | |
140 |
Diese müssen wir nun vollends ausfüllen:
Rechenweg zum Ausfüllen der Vierfeldertafel einblenden
In der 2. Zeile sind bereits zwei Werte bekannt, und da wir wissen, dass die weiße Zelle rechts immer die Summe der beiden inneren Zellen ist, können wir folgende Gleichung aufstellen:
20 + H( ∩ ) = 335
Somit gilt: H( ∩ ) = 335 - 20 = 315
(Fahrrad/Fuß) |
(Bus/Auto) | ||
---|---|---|---|
(nah) | 94 | ||
(entfernt) | 20 | 315 | 335 |
140 |
In der 1. Spalte sind bereits zwei Werte bekannt, und da wir wissen, dass die weiße Zelle unten immer die Summe der beiden inneren Zellen darüber ist, können wir folgende Gleichung aufstellen:
H(A ∩ B) + 20 = 140
Somit gilt: H(A ∩ B) = 140 - 20 = 120
(Fahrrad/Fuß) |
(Bus/Auto) | ||
---|---|---|---|
(nah) | 120 | 94 | |
(entfernt) | 20 | 315 | 335 |
140 |
In der 2. Spalte sind bereits zwei Werte bekannt, und da wir wissen, dass die weiße Zelle unten immer die Summe der beiden inneren Zellen darüber ist, können wir folgende Gleichung aufstellen:
94 + 315 = H( )
Somit gilt: H( ) = 94 + 315 = 409
(Fahrrad/Fuß) |
(Bus/Auto) | ||
---|---|---|---|
(nah) | 120 | 94 | |
(entfernt) | 20 | 315 | 335 |
140 | 409 |
In der 1. Zeile sind bereits zwei Werte bekannt, und da wir wissen, dass die weiße Zelle rechts immer die Summe der beiden inneren Zellen ist, können wir folgende Gleichung aufstellen:
120 + 94 = H(A)
Somit gilt: H(A) = 120 + 94 = 214
(Fahrrad/Fuß) |
(Bus/Auto) | ||
---|---|---|---|
(nah) | 120 | 94 | 214 |
(entfernt) | 20 | 315 | 335 |
140 | 409 |
In der 3. Zeile sind bereits zwei Werte bekannt, und da wir wissen, dass die weiße Zelle rechts immer die Summe der beiden inneren Zellen ist, können wir folgende Gleichung aufstellen:
140 + 409 = H(B + )
Somit gilt: H(B + ) = 140 + 409 = 549
(Fahrrad/Fuß) |
(Bus/Auto) | ||
---|---|---|---|
(nah) | 120 | 94 | 214 |
(entfernt) | 20 | 315 | 335 |
140 | 409 | 549 |
Somit ist die Vierfeldertafel komplett ausgefüllt.
(Fahrrad/Fuß) |
(Bus/Auto) | ||
---|---|---|---|
(nah) | 120 | 94 | 214 |
(entfernt) | 20 | 315 | 335 |
140 | 409 | 549 |
Der gesuchte Wert, Anzahl der Schüler der Schule, ist also 549.
VFT Anwend. prozentual (leichter)
Beispiel:
Ein Marktforschungsinstitut untersucht die Verbreitung einer Handy-App und kommt dabei zu folgenden Ergebnissen. Bei iPhones ist die App auf 50% der Geräte installiert, bei anderen Smartphones nur auf 28% der Geräte. Bei der Untersuchung waren 18% aller Smartphones iPhones. Wie groß ist der Prozentsatz der Smartphones, die keine iPhones sind und die App nicht installiert haben, unter allen Smartphones?
Um die Aufgabe mit einer Vierfeldertafel lösen zu können, müssen wir erst unsere Ergebnisse A und B definieren:
: iPhone
: nicht iPhone, also anderes Smartphone
: installiert
: nicht installiert, also nicht installiert
Hiermit ergibt sich folgende Vierfeldertafel:
(installiert) |
(nicht installiert) | ||
---|---|---|---|
(iPhone) | 0,18 | ||
(anderes Smartphone) | |||
Diese müssen wir nun vollends ausfüllen:
Als erstes tragen wir rechts unten die Summe + = + = 1 ein, schließlich ist die Wahrscheinlichkeit, dass gilt oder dass gilt 100%.
Dann tragen wir alle direkt aus dem Text entnehmbaren und die dadurch berechenbaren Wahrscheinlichkeiten in die Vierfeldertafel ein.
(installiert) |
(nicht installiert) | ||
---|---|---|---|
(iPhone) | 0,18 | ||
(anderes Smartphone) | 0,82 | ||
1 |
Aus der Information von der Teilgruppe mit "iPhone" sind es
50% kann man die Wahrscheinlichkeit
=
0,18 ⋅
0,5 =
0,09 berechnen.
(installiert) |
(nicht installiert) | ||
---|---|---|---|
(iPhone) | 0,09 | 0,18 | |
(anderes Smartphone) | 0,82 | ||
1 |
Aus der Information von der Teilgruppe mit "anderes Smartphone" sind es
28% kann man die Wahrscheinlichkeit
(installiert) |
(nicht installiert) | ||
---|---|---|---|
(iPhone) | 0,09 | 0,18 | |
(anderes Smartphone) | 0,2296 | 0,82 | |
1 |
Jetzt können wir wieder die restlichen Wahrscheinlichkeiten einfach mit der Vierfeldertafel berechnen:
(installiert) |
(nicht installiert) | ||
---|---|---|---|
(iPhone) | 0,09 | 0,09 | 0,18 |
(anderes Smartphone) | 0,2296 | 0,5904 | 0,82 |
0,3196 | 0,6804 | 1 |
Der gesuchte Wert, der Prozentsatz von nicht iPhone und ohne die App, ist also 0.5904 = 59.04%.
VFT Anwend. prozentual (schwerer)
Beispiel:
Mit der Arbeit des Regierungschefs eines Staates sind 41% der Bevölkerung zufrieden. Unter den Anhängern seiner eigenen Partei, deren Anteil 42,45% der Bevölkerung ausmacht, hat er sogar Zustimmungswerte von 66,64%. Wie viel Prozent der Bevölkerung ist weder Anhänger seiner Partei noch zufrieden mit der Arbeit des Regierungschefs?
Um die Aufgabe mit einer Vierfeldertafel lösen zu können, müssen wir erst unsere Ergebnisse A und B definieren:
Hiermit ergibt sich folgende Vierfeldertafel:
(eigene Partei) |
(andere Partei) | ||
---|---|---|---|
(zufrieden) | 0,41 | ||
(unzufrieden) | |||
0,4245 |
Diese müssen wir nun vollends ausfüllen:
Als erstes tragen wir rechts unten die Summe
Dann tragen wir alle direkt aus dem Text entnehmbaren und die dadurch berechenbaren Wahrscheinlichkeiten in die Vierfeldertafel ein.
(eigene Partei) |
(andere Partei) | ||
---|---|---|---|
(zufrieden) | 0,41 | ||
(unzufrieden) | 0,59 | ||
0,4245 | 0,5755 | 1 |
Aus der Information von der Teilgruppe mit "eigene Partei" sind es
66.64% kann man die Wahrscheinlichkeit
(eigene Partei) |
(andere Partei) | ||
---|---|---|---|
(zufrieden) | 0,2829 | 0,41 | |
(unzufrieden) | 0,59 | ||
0,4245 | 0,5755 | 1 |
Jetzt können wir wieder die restlichen Wahrscheinlichkeiten einfach mit der Vierfeldertafel berechnen:
(eigene Partei) |
(andere Partei) | ||
---|---|---|---|
(zufrieden) | 0,2829 | 0,1271 | 0,41 |
(unzufrieden) | 0,1416 | 0,4484 | 0,59 |
0,4245 | 0,5755 | 1 |
Der gesuchte Wert, der Prozentsatz von unzufrieden und kein Anhänger der Partei, ist also 0.4484 = 44.84%.
bedingte Wahrsch. (nur Zahlen)
Beispiel:
Gegeben ist die vollständige Vierfeldertafel. Berechne die bedingte Wahrscheinlichkeit
| | ||
---|---|---|---|
| 152 | 25 | 177 |
| 160 | 67 | 227 |
312 | 92 | 404 |
Wir müssen also beim Baumdiagramm zuerst ( - also links - ) die Wahrscheinlichkeiten, ob
(Danach geht's dann ja - je nach Ausgang von
Wenn man die bekannten Werte der Vierfeldertafel ins Baumdiagramm einträgt, so erkennt man folgende Gleichung:
oder hier im speziellen:
also
bedingte Wahrsch. (nur Prozente)
Beispiel:
Gegeben ist die vollständige Vierfeldertafel. Berechne die bedingte Wahrscheinlichkeit
| | ||
---|---|---|---|
| 0,06 | 0,26 | 0,32 |
| 0,57 | 0,11 | 0,68 |
0,63 | 0,37 | 1 |
Wir müssen also beim Baumdiagramm zuerst ( - also links - ) die Wahrscheinlichkeiten, ob
(Danach geht's dann ja - je nach Ausgang von
Wenn man die bekannten Werte der Vierfeldertafel ins Baumdiagramm einträgt, so erkennt man folgende Gleichung:
oder hier im speziellen:
0,68 ⋅ x
= 0,57 = |:0,68
also
bedingte Wahrsch. Anwendungen
Beispiel:
Schätzungen zufolge sind 6% der Lehrer Informatiklehrer. Von den anderen Lehrern nutzen 94% das MS-Office. Von den Informatik-Lehrern bevorzugen aber 86% ein anderes Office-Paket wie OpenOffice oder LibreOffice. Wie hoch ist der Anteil der Informatiklehrer an den Lehrern die ein offenes Office nutzen?
Um die Aufgabe mit einer Vierfeldertafel lösen zu können, müssen wir erst unsere Ergebnisse A und B definieren:
Hiermit ergibt sich folgende Vierfeldertafel:
(MS-Office) |
(anderes Office) | ||
---|---|---|---|
(Informatiklehrer) | 0,06 | ||
(andere Lehrer) | |||
Diese müssen wir nun vollends ausfüllen:
Als erstes tragen wir rechts unten die Summe
Dann tragen wir alle direkt aus dem Text entnehmbaren und die dadurch berechenbaren Wahrscheinlichkeiten in die Vierfeldertafel ein.
(MS-Office) |
(anderes Office) | ||
---|---|---|---|
(Informatiklehrer) | 0,06 | ||
(andere Lehrer) | 0,94 | ||
1 |
Mit Hilfe des Baumdiagramms kann man aus der Information
von der Teilgruppe mit "Informatiklehrer" sind es 86%, also
die Wahrscheinlichkeit
berechnen.
(MS-Office) |
(anderes Office) | ||
---|---|---|---|
(Informatiklehrer) | 0,0516 | 0,06 | |
(andere Lehrer) | 0,94 | ||
1 |
Mit Hilfe des Baumdiagramms kann man aus der Information
von der Teilgruppe mit "andere Lehrer" sind es 94%, also
die Wahrscheinlichkeit
berechnen.
(MS-Office) |
(anderes Office) | ||
---|---|---|---|
(Informatiklehrer) | 0,0516 | 0,06 | |
(andere Lehrer) | 0,8836 | 0,94 | |
1 |
Jetzt können wir wieder die restlichen Wahrscheinlichkeiten einfach mit der Vierfeldertafel berechnen:
(MS-Office) |
(anderes Office) | ||
---|---|---|---|
(Informatiklehrer) | 0,0084 | 0,0516 | 0,06 |
(andere Lehrer) | 0,8836 | 0,0564 | 0,94 |
0,892 | 0,108 | 1 |
Gesucht ist ja "der Prozentsatz der Informatiklehrer an den OpenOffice-Nutzern", also die Wahrscheinlichkeit für
Um diese Wahrscheinlichkeit (bzw. prozentualer Anteil) zu bestimmmen, müssen wir nun das Baumdiagramm anders rum zeichnen. Das ist ja aber kein Problem, weil wir bereits die fertige Vierfeldertafel ausgefüllt haben.
Wir müssen also beim Baumdiagramm zuerst ( - also links - ) die Wahrscheinlichkeiten, ob
(Danach geht's dann ja - je nach Ausgang von
Wenn man die bekannten Werte der Vierfeldertafel ins Baumdiagramm einträgt, so erkennt man folgende Gleichung:
oder hier im speziellen:
0,108 ⋅ x
= 0,0516 = |:0,108
also
Der gesuchte Wert (der Prozentsatz der Informatiklehrer an den OpenOffice-Nutzern) ist also 0,4778 = 47,78%.
Stochast. Unabhängigkeit Anwendungen
Beispiel:
Ein Marktforschungsinstitut untersucht die Verbreitung einer Handy-App und kommt dabei zu folgenden Ergebnissen. Insgesamt ist die App auf 36,1% aller Smartphones installiert. 36,93% der installierten Apps sind auf einem iPhone. 46,23% aller Smartphones waren keine iPhones und hatten die App nicht installiert. Vervollständige die Vierfeldertafel und entscheide damit, ob die beiden Ereignisse "iPhone" und "App ist installiert" stochastisch unabhängig sind.
Um die Aufgabe mit einer Vierfeldertafel lösen zu können, müssen wir erst unsere Ergebnisse A und B definieren:
Hiermit ergibt sich folgende Vierfeldertafel:
(installiert) |
(nicht installiert) | ||
---|---|---|---|
(iPhone) | |||
(anderes Smartphone) | 0,4623 | ||
0,361 |
Diese müssen wir nun vollends ausfüllen:
Als erstes tragen wir rechts unten die Summe
Dann tragen wir alle direkt aus dem Text entnehmbaren und die dadurch berechenbaren Wahrscheinlichkeiten in die Vierfeldertafel ein.
(installiert) |
(nicht installiert) | ||
---|---|---|---|
(iPhone) | 0,1767 | ||
(anderes Smartphone) | 0,4623 | ||
0,361 | 0,639 | 1 |
Mit Hilfe des Baumdiagramms kann man aus der Information
von der Teilgruppe mit "installiert" sind es 36.93%, also
die Wahrscheinlichkeit
berechnen.
(installiert) |
(nicht installiert) | ||
---|---|---|---|
(iPhone) | 0,1333 | 0,1767 | |
(anderes Smartphone) | 0,4623 | ||
0,361 | 0,639 | 1 |
Jetzt können wir wieder die restlichen Wahrscheinlichkeiten einfach mit der Vierfeldertafel berechnen:
(installiert) |
(nicht installiert) | ||
---|---|---|---|
(iPhone) | 0,1333 | 0,1767 | 0,31 |
(anderes Smartphone) | 0,2277 | 0,4623 | 0,69 |
0,361 | 0,639 | 1 |
Jetzt können wir P(A)=0.31 mit P(B)=0.361 multiplizieren um zu überprüfen, ob dieses Produkt ungefähr den gleichen Wert hat wie
P(A ∩ B)=0.133, also:
P(A) ⋅ P(B) = 0.31 ⋅ 0.361 = 0.1119 ≈ 0.112
≠ 0.133 = P(A ∩ B),
A und B sind also stochastisch abhängig.
Stochast. Unabhängigkeit rückwärts
Beispiel:
Vervollständige die Vierfeldertafel so, dass die beiden Ereignisse A und B stochastisch unabhängig sind.
Als erstes tragen wir rechts unten die Summe
|
| ||
---|---|---|---|
| 0,2838 | 0,43 | |
| |||
1 |
In der 3. Spalte sind bereits zwei Werte bekannt, und da wir wissen, dass die weiße Zelle unten immer die Summe der beiden inneren Zellen darüber ist, können wir folgende Gleichung aufstellen:
0.43 + P(
Somit gilt: P(
|
| ||
---|---|---|---|
| 0,2838 | 0,43 | |
| 0,57 | ||
1 |
Weil wir ja wissen, dass die beiden Ereignisse A und B (und damit auch
also 0.43 ⋅
somit gilt:
|
| ||
---|---|---|---|
| 0,2838 | 0,43 | |
| 0,57 | ||
0,66 | 1 |
Jetzt können wir einfach mit den Summen die Vierfeldertafel vollends wie üblich füllen.
|
| ||
---|---|---|---|
| 0,2838 | 0,1462 | 0,43 |
| 0,3762 | 0,1938 | 0,57 |
0,66 | 0,34 | 1 |