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Vertiefung – Formale Herangehensweise

Wahrscheinlichkeitsverteilung für Ereignisse

Im vorherigen Unterkapitel haben wir definiert, was eine Wahrscheinlichkeitsverteilung über einer Ergebnismenge ist.

Mathematisch ist es deutlich mächtiger, statt Ergebnissen Ereignisse zu betrachten. Deshalb ist das heute die verbreitete Herangehensweise in der Wahrscheinlichkeitsrechnung. Im Jahr 1933 hat der russische Mathematiker Kolmogorow hierzu eine theoretische Grundlage formuliert:

Axiome von Kolmogorow

Eine Wahrscheinlichkeitsverteilung ist eine Funktion $P$, die Ereignissen $E \subseteq \Omega$ eine Wahrscheinlichkeit $P(E)$ zuordnet und dabei folgende Bedingungen erfüllt:

  • Nichtnegativität: Für jedes Ereignis $E$ gilt $P(E) \geq 0$.
  • Normiertheit: $P(\Omega) = 1$.
  • Additivität: Wenn zwei Ereignisse $X$ und $Y$ unvereinbar sind, dann gilt $P(X\cup Y) = P(X) + P(Y)$.
Warum so kompliziert?

Die Betrachtung des vorherigen Unterkapitels – mithilfe von Ergebnissen – ist deutlich anschaulicher. Aber im Falle komplizierter unendlicher Ergebnismengen reicht sie nicht mehr aus.

Ein „einfaches“ Beispiel ist folgendes Zufallsexperiment: Wir wählen zufällig eine reelle Zahl zwischen $0$ und $1$ aus. Dabei sollen alle Zahlen gleichwahrscheinlich sein. Da es aber unendlich viele davon gibt, können wir jeder einzelnen Zahl – z.B. 0.246 – nur die Wahrscheinlichkeit 0 zuordnen. Dennoch können Ereignisse eine positive Wahrscheinlichkeit haben, z.B. $P([0, 0.5])=0.5$, weil das ja genau das halbe Intervall darstellt.

Solche Grenzen des Ergebnis-Ansatzes führen dazu, dass man heute in der Mathematik Kolmogorows Weg folgt und den Fokus auf Ereignisse legt.

Aufgabe 1

Ordne den drei Eigenschaften die umgangssprachliche Beschreibung zu.

Quelle: LearningApps

Aufgabe 2

(a) Versuche, einzelne Regeln der vorherigen Seite anhand der drei Axiome zu begründen.

(b) 🖊️ Notiere dir die drei Axiome sowie die Regeln, die dir nicht ohnehin schon klar erscheinen. Du kannst dafür diesen Wissensspeicher verwenden.

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