Humboldt-Universität zu Berlin - Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät - Bernhard Gerlach

Inhalt

Elementare Wahrscheinlichkeitstheorie (LA/BA) WS 2011/12

Gliederung (aktuell/geplant)

 Einleitung

I. Diskrete Wahrscheinlichkeitsmodelle

1. Zufällige Versuche und zufällige Ereignisse
   zufällige Versuche
   Verknüpfung von Ereignissen
   Zusammenhang: Zufällige Ereignisse und Teilmengen
   σ-Algebren (Potenzmengen)

2. Wahrscheinlichkeiten und Zufallsgrößen
   Zufallsexperimente, Grundraum und zufällige Ereignisse
   Axiomensystem der Wahrscheinlichkeitstheorie
   einfache Folgerungen, Rechenregeln für Wahrscheinlichkeiten
   Inklusions-Exklusions-Formel

3. Laplace Experimente, Elemente der Kombinatorik
   (I)  Permutation mit Wiederholung
   (II) Permutation ohne Wiederholung
   (III) Kombination ohne Wiederholung
   (IV) Kombination mit Wiederholung  

   Beispiele:
   4x Karte ziehen, A= "kein Bube"",
   k Briefe rein zufällig auf n Fächer verteilen, A="ein Fach mit mehr als einem Brief"
   Geburtstagsproblem (Paradox der ersten Kollision )
         analog Lottosensation 1995
   Fixpunkte einer zufälligen Permutation
   Weitere "Urnen"-Modelle
      
4. Zufällige Größen und ihre Verteilungen
   Zufallsgrößen als messbare Abbildungen,  
   Geometrische Verteilung
   Indikatorvariablen
     
5. Eine Aufgabe der statistischen Qualitätskontrolle:  
   Hypothesenformulierung,
   Entscheidungsregel
   Wahrscheinlichkeit für Fehler 1. Art und für  Fehler 2. Art,
   Hypergeometrische Verteilung, Annahmekennlinie

6. Bedingte Wahrscheinlichkeiten, Unabhängigkeit von Ereignissen
   bedingte Wahrscheinlichkeiten und ihre Eigenschaften
    (Fatales) Beispiel: Mordprozess
   Kopplung von Experimenten (Mehrstufige Experimente), Multiplikationsformel
      Beispiel: Polyasches Urnenmodell
   Formel der totalen Wahrscheinlichkeit    
   Bayessche Formel
      Beispiele: HIV-Test
   Interpretation bedingter Wahrscheinlichkeiten - Simpson Paradox (Berkley)
     
   Unabhängigkeit
    Unabhängigkeit von zwei Ereignissen
    Beispiel: Nutzung bei Vererbungsgesetzen
    Beispiel: Vierfeldertafel
    Produktexperimente
    Unabhängigkeit von n Ereignissen

7. Bernoulli Kette, Binomialverteilung
   Anwendungsbeispiele
   Poissonscher Grenzwertsatz
   Zusammenhang Hypergeometrische Verteilung und Binomialverteilung

8. Erwartungswert und Varianz von Zufallsgrößen
   Erwartungswerte einer Zufallsgröße
     Beispiele: geometrische Verteilung, "faire" 2-Personen Spiele, Nettoprämien
   Eigenschaften des Erwartungswertes:
     u.a. E(aX+b)=a E(X) +b, E(X+Y)=E(X)+E(Y)
     Beispiel: Erwartungswertberechnung bei der Binomialverteilung,
     (Nutzung des E-Wertes einer zuf. Indikatorvariablen)
   Median und Quantile einer Verteilung, Schätzung eines Medians
   Varianz einer Zufallsgröße
     Berechnungsformeln
     Eigenschaften
     Beispiel: Binomialverteilung
     Petersburger Paradox
   Standardisierung von Zufallgrößen

9. Unabhängigkeit von Zufallsgrößen, Kovarianz und Korrelation
  Gemeisame Verteilung von (X,Y) in tabellarischer Form
    Randverteilungen
    Beispiel: Kontingenztafeln,
  Unabhängigkeit von n Zufallsgrößen
  Eigenschaften unabhängiger Zufallsgrößen:
     Var(X+Y)=Var(X)+Var(Y), E(XY)=E(X) E(Y), Cov(X Y) = 0
     Erwartungswert und Varianz des arithmetischen Mittels
       von n unabhängigen, identisch verteilten (iid) Zufallsgrößen
  Kovarianz und Korrelation
  die optimale Approximation einer Zufallsgröße Y  durch eine lineare Funktion von X
     (bzgl. des minimalen Erwartungswertes der quadratischen Abweichung)
     lineare Regression
  Eigenschaften des Korrelationskoeffizienten
     der Korrelationskoeffizient als Maß der linearen Abhängigkeit
  empirischer Korrelationskoeffizient

10. Tschebyscheff-Ungleichung und das schwache Gesetz der großen Zahlen
  Tschebyscheff-Ungleichung
    Beispiel: "Stabilisierung" des arithmetischen Mittels
        Anwendung bei Binomialverteilung
    als Folgerung: Schwaches Gesetz der großen Zahlen

11. Statistische Verfahren zur Untersuchung einer unbekannten Wahrscheinlichkeit
  Punktschätzungen bei einer Binomialverteilung
     Schätzung eines Erwartungswerts
  Konfidenzschätzungen mit Hilfe der Tschebyscheff-Ungleichung
     (1-α)-Konfidenzbereiche
 12. Das Testen von (einfachen) Hypothesen über eine unbekannte Wahrscheinlichkeit
   Ablehnebereich, Fehler 1. Art und Fehler 2. Art,
   Signifikanztest, α-Test,

II. Allgemeine Wahrscheinlichkeitsmodelle

  allgemeine Wahrscheinlichkeitsräume (Borelsche σ-Algebra).
  die Verteilungsfunktion   F(z) = P( X ≤ z )   der Zufallsgröße  X
  Wahrscheinlichkeitsverteilungen mit Dichten (1-dim)
  ausgewählte Standardverteilungen mit Dichten:
     Gleichmäßige Verteilung auf [0,1]
     Exponentialverteilung (Weibullverteilung)
     Normalverteilung, Standardnormalverteilung,
     kσ-Bereiche  einer Normalverteilung
  2-dim Dichten (am Beispiel)
  Kenngrößen einer Verteilung mit Dichte: Erwartungswert und Varianz
  Unabhängigkeit von Zufallsgrößen
    Faltungsformel für Dichten, Verteilung der Summe unabhängiger Zufallsgrößen
    Beispiel: gleichmäßige Verteilung auf [0,1], Normalverteilung
  die Normalverteilung als Verteilungsmodell beim Messen physikalischer Größen
    Standardfragestellungen bei der Auswertung von Messungen:
       Sicherheit, Genauigkeit, Stichprobenumfang
  der Grenzwertsatz von Moivre-Laplace
    Faustregel, Steigkeitskorrektur
    Anwendungen
  Zentraler Grenzwertsatz