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eric 2019-04-10 18:12:27 +02:00
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@ -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}

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@ -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, ...).

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@ -25,7 +25,7 @@
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\chapter{Test}