mirror of
https://github.com/vale981/TUD_MATH_BA
synced 2025-03-05 17:41:41 -05:00
proofread STOCH done
This commit is contained in:
parent
a98fe134dd
commit
94ef238120
4 changed files with 41 additions and 38 deletions
|
@ -5,10 +5,10 @@
|
|||
\begin{example}
|
||||
Das Würfeln mit $2$ fairen, sechseitigen Würfeln können wir mit
|
||||
\begin{align}
|
||||
\Omega = \set{(i,j,), i,j \in \set{1,\dots,6}}\notag
|
||||
\end{align}
|
||||
und $\probp = \Gleich(\Omega)$. Da $\abs{\Omega} = 36$ gilt also
|
||||
\begin{align}
|
||||
\Omega = \set{(i,j, \colon, i,j \in \set{1,\dots,6}} \quad \und \quad \probp = \Gleich(\Omega) \notag
|
||||
\end{align}
|
||||
modellieren. Da $\abs{\Omega} = 36$ gilt also
|
||||
\begin{align}
|
||||
\probp(\set{\omega}) = \frac{1}{36} \quad \forall \omega \in \Omega.\notag
|
||||
\end{align}
|
||||
Betrachte das Ereignis
|
||||
|
@ -31,7 +31,7 @@
|
|||
Diese Eintreten von $B$ führt also dazu, dass das Wahrscheinlichkeitsmaß $\probp$ durch ein neues Wahrscheinlichkeitsmaß $\probp_{B}$ ersetzt werden muss. Hierbei sollte gelten:
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item[(R)] Renormierung: $\probp_{B} = 1$
|
||||
\item[(P)] Proportionalität: Für alle $A \subset \sigF$ mit $A \subseteq B$ gilt
|
||||
\item[(P)] Proportionalität: Für alle $A \in \sigF$ mit $A \subseteq B$ gilt
|
||||
\begin{align}
|
||||
\probp_{B}(A) = c_B \probp(A)\notag
|
||||
\end{align}
|
||||
|
@ -49,7 +49,11 @@
|
|||
\begin{proof}
|
||||
Offenbar erfüllt $\probp_{B}$ wie definiert (R) und (P). Umgekehrt erfülle $\probp_{B}$ (R) und (P). Dann folgt für $A \in \sigF$:
|
||||
\begin{align}
|
||||
\probp_{B}(A) = \probp_{B}(A\cap B) + \underbrace{\probp_{B}(A\setminus B)}_{0, \text{ wegen } (R)} \overset{(P)}{=}
|
||||
\probp_{B}(A) = \probp_{B}(A\cap B) + \underbrace{\probp_{B}(A\setminus B)}_{= 0, \text{ wegen } (R)} \overset{(P)}{=} c_B \probp(A \cap B) \notag
|
||||
\end{align}
|
||||
%TODO finish the proof from eric.
|
||||
Für $A=B$ folgt zudem aus (R)
|
||||
\begin{align}
|
||||
1 = \probp_{B}(B) = c_B \probp(B) \notag
|
||||
\end{align}
|
||||
also $c_B = \probp(B)^{-1}$.
|
||||
\end{proof}
|
|
@ -99,9 +99,9 @@ und
|
|||
|
||||
Wir erhalten
|
||||
\begin{align}
|
||||
\probp_{Y = k} &= \probp(Y_a = k_a, \quad a \in E)\\
|
||||
&= \sum_{\omega \in \Omega:Y(\omega) = k} \prod_{i=1}^{n} \rho(w)\\
|
||||
&= \sum_{\omega \in \Omega:Y(\omega) = k} \prod_{a \in E} \rho(\omega) = \begin{bmatrix}
|
||||
\probp_{Y = k} &= \probp(Y_a = k_a, \enskip a \in E)\\
|
||||
&= \sum_{\omega \in \Omega: Y(\omega) = k} \prod_{i=1}^{n} \rho(\omega_i)\\
|
||||
&= \sum_{\omega \in \Omega: Y(\omega) = k} \prod_{a \in E} \rho(a) = \begin{bmatrix}
|
||||
n \\
|
||||
(k)_{a\in E}
|
||||
\end{bmatrix}
|
||||
|
@ -109,28 +109,27 @@ Wir erhalten
|
|||
\end{align}
|
||||
wobei
|
||||
\begin{align}
|
||||
\binom{n}{k_1, \dots, k_l} = \begin{cases}
|
||||
\frac{n!}{k_1 ! k_2 ! \cdots k_l !} & \sum_{i=1}^{l} k_i = n\\
|
||||
\binom{n}{(k_1, \dots, k_l)} = \begin{cases}
|
||||
\frac{n!}{k_1 ! \, k_2 ! \cdots k_l !} & \sum_{i=1}^{l} k_i = n\\
|
||||
0 & \sonst
|
||||
\end{cases}\notag
|
||||
\end{align}
|
||||
der \begriff{Multinomialkoeffizient} welcher die Anzahl der Möglichkeiten beschreibt, $n$ Objekte in $l$ Gruppen aufzuteilen, so dass Gruppe $i$ gerade $k_i$ Objekte beinhaltet.
|
||||
der \begriff{Multinomialkoeffizient} ist, welcher die Anzahl der Möglichkeiten beschreibt, $n$ Objekte in $l$ Gruppen aufzuteilen, so dass Gruppe $i$ gerade $k_i$ Objekte beinhaltet.
|
||||
|
||||
\begin{definition}
|
||||
Sei $l > 2, p = (p_1, \dots, p_l)$ eine Zähldichte und $n \in \N$, dann heißt die Verteilung auf $\set{k = (k_i)_{i=1,\dots,l} \in \N_{0}^{l} : \sum_{i=1}^{l} k_i = n}$ mit Zähldichte
|
||||
Sei $l \ge 2, p = (p_1, \dots, p_l)$ eine Zähldichte und $n \in \N$, dann heißt die Verteilung auf $\set{k = (k_i)_{i=1,\dots,l} \in \N_{0}^{l} \colon \sum_{i=1}^{l} k_i = 1}$ mit Zähldichte
|
||||
\begin{align}
|
||||
m((k_1,\dots,k_l)) = \binom{n}{k_1, \dots, k_l}\prod_{i=1}^{l} p_i^{k_i}\notag
|
||||
% \end{bmatrix}
|
||||
\end{align}
|
||||
\begriff{Multinomialverteilung mit Parametern $n$ und $p$}. Wir schreiben auch $\Multi(n,p)$. %TODO add
|
||||
\end{definition}
|
||||
|
||||
\begin{example}
|
||||
Eine Urne enthalte nur schwarze $1$ und weiße $0$ Kugeln $E=\set{0,1}$ und es sei $\rho(1) = 1$ gerade die Proportion der schwarzen Kugeln (= Wahrscheinlichkeit bei einem Zug schwarze zu ziehen), dann ist Wahrscheinlichkeit in $n$ Zügen $k$-mal schwarz zu ziehen:
|
||||
Eine Urne enthalte nur schwarze ``$1$'' und weiße ``$0$'' Kugeln, d.h. $E=\set{0,1}$, und es sei $\rho(1) = p$ gerade die Proportion der schwarzen Kugeln (= Wahrscheinlichkeit bei einem Zug schwarz zu ziehen), dann ist Wahrscheinlichkeit in $n$ Zügen $k$-mal schwarz zu ziehen:
|
||||
\begin{align}
|
||||
\binom{n}{k}\prod_{i=0,1} \rho(\omega)^{k_i} = \binom{n}{k}p^k(1-p)^{n-k}.\notag
|
||||
\binom{n}{k}\prod_{i=0,1} \rho(i)^{k_i} = \binom{n}{k} p^k (1-p)^{n-k}.\notag
|
||||
\end{align}
|
||||
Ein solches (wiederholtes) Experiment mit nur zwei möglichen Ereignissen wird fester Wheit $p = [0,1]$ für eines der Ergebnisse nennen wir auch \begriff{(wiederholtes) Bernoulliexperiment}.
|
||||
Ein solches (wiederholtes) Experiment mit nur zwei möglichen Ereignissen und fester Wahrscheinlichkeit $p \in [0,1]$ für eines der Ergebnisse nennen wir auch \begriff{(wiederholtes) Bernoulliexperiment}.
|
||||
\end{example}
|
||||
|
||||
\begin{definition}
|
||||
|
@ -138,47 +137,44 @@ der \begriff{Multinomialkoeffizient} welcher die Anzahl der Möglichkeiten besch
|
|||
\begin{align}
|
||||
\rho(k) = \binom{n}{k}p^k (1-p)^{n-k}\quad k \in \set{0,1,\dots,n}\notag
|
||||
\end{align}
|
||||
\begriff{Binomialverteilung auf $\set{0, \dots,n}$ mit Parameter $p$} (auch\begriff{Erfolgswahrscheinlichkeit}). Wir schreiben auch $\Bin(n,p)$. Im Fall $n = 1$ nennen wir die Verteilung mit Zähldichte
|
||||
\begriff{Binomialverteilung auf $\set{0, \dots,n}$ mit Parameter $p$} (auch \begriff{Erfolgswahrscheinlichkeit}). Wir schreiben auch $\Bin(n,p)$. Im Fall $n = 1$ nennen wir die Verteilung mit Zähldichte
|
||||
\begin{align}
|
||||
\rho(0) = 1-p \qquad \rho(1) = p\notag
|
||||
\end{align}
|
||||
auch \begriff{Bernoulliverteilung mit Parameter $p$} und schreiben $\Ber(p)$.
|
||||
\end{definition}
|
||||
\underline{Urnenmodell ohne Zurücklegen}: \begriff{Hypergeometrische Verteilung}\\
|
||||
Gegeben: Urne mit $N$ Kugeln verschiedener Farben aus $E$,
|
||||
\begin{align}
|
||||
\abs{E} \ge 2
|
||||
\end{align}
|
||||
Es werden $n \le N$ Stichproben entnommen, wobei die gezogenen Kugeln werde \emph{nicht} in die Urne zurückgelegt.
|
||||
|
||||
\subsection{Urnenmodell ohne Zurücklegen: Hypergeometrische Verteilung}
|
||||
Gegeben: Urne mit $N$ Kugeln verschiedener Farben aus $E$, $\abs{E} \ge 2$. Es werden $n \le N$ Stichproben entnommen, wobei die gezogenen Kugeln werde \emph{nicht} in die Urne zurückgelegt.
|
||||
\begin{example}
|
||||
Eine Urne enthalte $S$ schwarze $1$ und $W$ weiße Kugeln $0$ Kugeln, $(E = \set{0,1}, S + W =N)$. Dann ist die Wahrscheinlichkeit in $n$ Zügen ohne Zurücklegen gerade $s$ schwarze und $w$ weiße Kugeln zu ziehen
|
||||
\begin{align}
|
||||
\rho(w) = \frac{\binom{W}{w}\binom{S}{s}}{\binom{N}{n}}, 0 \le s \le S, 0 \le w \le W, s+w = n, S+W = N.\notag
|
||||
\rho(w) = \frac{\binom{W}{w}\binom{S}{s}}{\binom{N}{n}}, \quad 0 \le s \le S, 0 \le w \le W, s+w = n, S+W = N.\notag
|
||||
\end{align}
|
||||
\end{example}
|
||||
|
||||
\begin{proof}
|
||||
Hausaufgabe! %TODO add nummer later
|
||||
Hausaufgabe! %TODO add number later
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
\begin{definition}
|
||||
Seinen $N \in \N, W \le N, n \in \N$, dann heißt die Verteilung auf $\set{0,\dots,n}$ mit Zähldichte
|
||||
Seinen $N \in \N, W \le N, n \le N$, dann heißt die Verteilung auf $\set{0,\dots,n}$ mit Zähldichte
|
||||
\begin{align}
|
||||
\rho(w) = \frac{\binom{wW}{w}\binom{N-W}{n-w}}{\binom{N}{n}}, w = \max\set{0,n=N+W}, \dots, \min\set{W,n},\notag
|
||||
\rho(w) = \frac{\binom{wW}{w}\binom{N-W}{n-w}}{\binom{N}{n}}, \quad w = \max\set{0,n=N+W}, \dots, \min\set{W,n},\notag
|
||||
\end{align}
|
||||
die \begriff{Hypergeometrische Verteilung} mit Parametern $N,W,n$. Wir schreiben $\Hyper(N,W,n)$.
|
||||
\end{definition}
|
||||
|
||||
\section{\person{Poisson}-Approximation un \person{Poisson}-Verteilung}
|
||||
|
||||
$\Bin(n,p)$ ist zwar explizit und elementar definiert, jedoch für große $n$ mühsam auszuwerten. Für seltene Ereignisse $(n \text{ groß},p \text{ klein})$ verwende daher:
|
||||
$\Bin(n,p)$ ist zwar explizit und elementar definiert, jedoch für große $n$ mühsam auszuwerten. Für seltene Ereignisse ($n$ groß, $p$ klein) verwende daher:
|
||||
|
||||
\begin{proposition}[Poisson-Approximation]
|
||||
Sei $\lambda$ und $(p_n)_{n\in\N}$ eine Folge in $[0,1]$ mit
|
||||
Sei $\lambda > 0$ und $(p_n)_{n\in\N}$ eine Folge in $[0,1]$ mit
|
||||
\begin{align}
|
||||
np_n \to \lambda \quad n \to \infty\notag
|
||||
\end{align}
|
||||
Dann gilt $\forall k \in \N$ für die Zähldichte der $\Bin(n,p_n)$-Verteilung
|
||||
Dann gilt $\forall k \in \N_0$ für die Zähldichte der $\Bin(n,p_n)$-Verteilung
|
||||
\begin{align}
|
||||
\lim_{n \to \infty} \binom{n}{k}p_n^k(1-p)^{n-k} = e^{-\lambda} \frac{\lambda^k}{k!}\notag
|
||||
\end{align}
|
||||
|
@ -186,27 +182,30 @@ $\Bin(n,p)$ ist zwar explizit und elementar definiert, jedoch für große $n$ m
|
|||
\begin{proof}
|
||||
Sei $k \in \N_{0}$ fix, dann
|
||||
\begin{align}
|
||||
\binom{n}{k} = \frac{n!}{k!(n-k)!} = \frac{n^k}{k!}\frac{n(n-1)\cdots(n-k+1)}{n^k}\\
|
||||
&= \frac{n^k}{k!}\cdot 1 (1-\frac{1}{n}\cdots \frac{1}{\frac{k-1}{n}})\\
|
||||
\overset{n \to \infty}{~} \frac{n^k}{k!},
|
||||
\binom{n}{k} = \frac{n!}{k!(n-k)!} &= \frac{n^k}{k!}\frac{n(n-1)\cdots(n-k+1)}{n^k}\\
|
||||
&= \frac{n^k}{k!}\cdot 1 \cdot (1-\frac{1}{n}\cdots \frac{k-1}{n})\\
|
||||
&\overset{n \to \infty}{\sim} \frac{n^k}{k!},
|
||||
\end{align}
|
||||
wobei $a(l) \overset{n \to \infty}{\sim} b(l) \Leftrightarrow \frac{a(l)}{b(l)} \xRightarrow{n\to \infty} 1$. Damit
|
||||
\begin{align}
|
||||
\binom{n}{k}p_n^k (1-p)^{n-k} &\overset{\clap{$n \to \infty$}}{\sim} \frac{n^k}{k!}p_n^k(1-p_n)^{n-k}\\
|
||||
\binom{n}{k}p^k (1-p)^{n-k} &\overset{\clap{$n \to \infty$}}{\sim} \frac{n^k}{k!}p_n^k(1-p_n)^{n-k}\\
|
||||
&\overset{n \to \infty}{\sim} \frac{\lambda^k}{k!}(1-p_n)^n\\
|
||||
&= \frac{\lambda^n}{k!}\brackets{1 - \frac{np_n}{n}}^n\\
|
||||
&\xRightarrow{n \to \infty} \frac{\lambda^n}{k!}e^{-\lambda}.
|
||||
\end{align}
|
||||
\end{proof}
|
||||
|
||||
Der erhaltene Grenzwert liefert die Zähldichte auf $\N_{0}$, denn
|
||||
\begin{align}
|
||||
\sum_{k=0}^{\infty}\frac{\lambda^k}{k!}e^{-\lambda} = e^{-\lambda}\sum_{k=0}^{\infty}\frac{\lambda^{k}}{k!} = e^{-\lambda}e^{\lambda} = 1
|
||||
\end{align}
|
||||
|
||||
\begin{definition}
|
||||
Sei $\lambda >0$. Dann heißt das auf $(\N_{0}, \probp(\N_{0}))$ definiert WMaß mit
|
||||
Sei $\lambda >0$. Dann heißt das auf $(\N_{0}, \pows(\N_{0}))$ definiert WMaß $\probp$ mit
|
||||
\begin{align}
|
||||
\probp(\set{k}) = \frac{\lambda^k}{k!}e^{-\lambda} \quad k \in \N_{0},
|
||||
\end{align}
|
||||
\begriff{Poissonverteilung mit Parameter $\lambda$}. Schreibe $\Pois(\lambda)$.
|
||||
\end{definition}
|
||||
|
||||
Die Poissonverteilung ist ein natürliches Modell für die Anzahl von zufälligen, seltenen Ereignissen (z.B. Tore im Fußballspiel, Schadensfälle einer Versicherung, ...).
|
Binary file not shown.
|
@ -25,7 +25,7 @@
|
|||
\input{./TeX_files/Einfuhrung}
|
||||
\input{./TeX_files/Grundbegriffe_Wtheorie}
|
||||
\input{./TeX_files/Erste_Standardmodelle}
|
||||
\input{./TeX_files/chap}
|
||||
\input{./TeX_files/Bedingte_Wahrscheinlichkeiten}
|
||||
|
||||
\chapter{Test}
|
||||
|
||||
|
|
Loading…
Add table
Reference in a new issue