Konfidenzintervall: Unterschied zwischen den Versionen
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(→2) Von der Stichprobe auf die Gesamtheit - Konfidenzintervall) |
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| − | | | + | | '''1)''' Bei einer Wahl erhielt die Partei A insgesamt $40,5 \%$ aller Stimmen. Nach dem Auszählen der Stimmen werden zufällig $100$ Stimmzettel ausgewählt. Auf wie vielen Stimmzetteln der Stichprobe wird die Partei A angekreuzt sein? |
| + | | '''2)''' Bevor die Stimmzettel einer Wahl ausgezählt werden, zieht man $100$ Stimmzettel zufällig aus den Wahlurnen. Auf $44$ Stimmzetteln ist die Partei A angekreuzt. Welchen Stimmenanteil hat diese Partei in der Gesamtheit erreicht? | ||
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Zunächst ermitteln wir den Erwartungswert $\mu$ und die Standardabweichung $\sigma$: <br> | Zunächst ermitteln wir den Erwartungswert $\mu$ und die Standardabweichung $\sigma$: <br> | ||
| − | $\mu=n\cdot p=100\cdot 0.405=40.5 | + | $$\mu=n\cdot p=100\cdot 0.405=40.5 \quad \text{und} \quad \sigma=\sqrt{n\cdot p\cdot (1-p)}\approx 4.91$$ |
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Für einen $90\%$-Schätzbereich um $\mu$ gilt: <br> | Für einen $90\%$-Schätzbereich um $\mu$ gilt: <br> | ||
| − | $P(x_{min}\leq H \leq x_{max})=0.9$ | + | $$P(x_{min}\leq H \leq x_{max})=0.9$$ |
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| − | [[Bild:Wahrscheinlichkeit1.png|thumb| | + | [[Bild:Wahrscheinlichkeit1.png|thumb|center|700px|Graph der Dichtefunktion]] |
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1) Die gesamte Fläche unterhalb der Dichtefunktion ist $1$, sie entspricht also $100\%$. <br> | 1) Die gesamte Fläche unterhalb der Dichtefunktion ist $1$, sie entspricht also $100\%$. <br> | ||
| − | 2) Die Glockenkurve ist symmetrisch | + | 2) Die Glockenkurve ist symmetrisch um den Erwartungswert $\mu$. |
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| − | [[Datei:Wahrscheinlichkeit2.png|thumb| | + | [[Datei:Wahrscheinlichkeit2.png|thumb|center|700px|GeoGebra-Wahrscheinlichkeitsrechner]] |
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Da die beiden Werte symmetrisch zum Erwartungswert liegen, muss auch deren Abstand derselbe sein. Der Abstand von $x_{min}$ zum Erwartungswert $\mu$ beträgt $\mu-x_{min}=40.5-32.42=8.08$. Daraus resultiert für<br> | Da die beiden Werte symmetrisch zum Erwartungswert liegen, muss auch deren Abstand derselbe sein. Der Abstand von $x_{min}$ zum Erwartungswert $\mu$ beträgt $\mu-x_{min}=40.5-32.42=8.08$. Daraus resultiert für<br> | ||
$\boldsymbol{x_{max}=\mu + 8.08=48.58 \approx 49 }$ | $\boldsymbol{x_{max}=\mu + 8.08=48.58 \approx 49 }$ | ||
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| − | [[Datei:Wahrscheinlichkeit3.png|thumb| | + | [[Datei:Wahrscheinlichkeit3.png|thumb|center|700px|GeoGebra-Wahrscheinlichkeitsrechner]] |
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| + | '''Antwort:''' Die Anzahl der in der Stichprobe für die Partei A abgegebenen Stimmen wird mit $90\%$-iger Wahrscheinlichkeit zwischen $32$ und $49$ liegen, wobei $32$ nicht unter- und $49$ nicht überschritten wird. | ||
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Alternativ erhält man als '''$\gamma$-Schätzbereich für die relative Häufigkeit $h$ in einer Stichprobe''' näherungsweise <br> | Alternativ erhält man als '''$\gamma$-Schätzbereich für die relative Häufigkeit $h$ in einer Stichprobe''' näherungsweise <br> | ||
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Eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung des gesuchten $90\%$-Schätzbereichs bietet GeoGebra im CAS-Modus mit dem Befehl ''{GaußAnteilSchätzer( <Stichprobenanteil>, <Stichprobengröße>, <Signifikanzniveau> )}'': | Eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung des gesuchten $90\%$-Schätzbereichs bietet GeoGebra im CAS-Modus mit dem Befehl ''{GaußAnteilSchätzer( <Stichprobenanteil>, <Stichprobengröße>, <Signifikanzniveau> )}'': | ||
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| − | + | #Mit welcher Wahrscheinlichkeit findet man unter einer Stichprobe von $100$ zufällig ausgewählten Stimmzetteln zwischen $32$ und $49$ Partei-A-Wähler? ($n$ und Intervall gegeben, $\gamma$ gesucht) | |
| − | + | #Wie viele Stimmzettel muss man zufällig auswählen, damit man mit $90 \%$iger Wahrscheinlichkeit zwischen $32$ und $49$ Partei-A-Wähler in der Stichprobe hat? ($\gamma$ und Intervall gegeben, $n$ gesucht) | |
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Auf das Beispiel angewendet erhält man somit mit $n=100; h=\frac{44}{100}=0.44$ und $z=1.645$ für <br> | Auf das Beispiel angewendet erhält man somit mit $n=100; h=\frac{44}{100}=0.44$ und $z=1.645$ für <br> | ||
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$p\approx \left[0.44-1.645\cdot\sqrt{\left(\frac{0.44\cdot (1-0.44)}{100}\right)}; 0.44-1.645\cdot\sqrt{\left(\frac{0.44\cdot (1-0.44)}{100}\right)}\right]$ <br> | $p\approx \left[0.44-1.645\cdot\sqrt{\left(\frac{0.44\cdot (1-0.44)}{100}\right)}; 0.44-1.645\cdot\sqrt{\left(\frac{0.44\cdot (1-0.44)}{100}\right)}\right]$ <br> | ||
$\boldsymbol{p\approx[0.358; 0.522]}$ | $\boldsymbol{p\approx[0.358; 0.522]}$ | ||
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'''Antwort:''' ''In der Gesamtheit wird der Anteil der Stimmen für die Partei A mit der Wahrscheinlichkeit $0.90$ ungefähr im Intervall $[0.36;0.52]$ liegen.'' | '''Antwort:''' ''In der Gesamtheit wird der Anteil der Stimmen für die Partei A mit der Wahrscheinlichkeit $0.90$ ungefähr im Intervall $[0.36;0.52]$ liegen.'' | ||
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| − | + | Auch hier kann zur Ermittlung des gesuchten $90\%$-Konfidenzintervalls der GeoGebra-Befehl ''GaußAnteilSchätzer( <Stichprobenanteil>, <Stichprobengröße>, <Signifikanzniveau> )'' verwendet werden: | |
| − | Auch hier kann zur Ermittlung des gesuchten $90\%$-Konfidenzintervalls der GeoGebra-Befehl | + | |
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| + | [[Datei:Wahrscheinlichkeit5.png|thumb|center|300px|GeoGebra-GaußAnteilSchätzer]] | ||
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| − | + | {{Vorlage:Merke|1='''Wichtige Eigenschaften:'''<br> | |
| − | {{Vorlage:Merke|1='''Wichtige Eigenschaften:''' | + | |
| − | * Je größer (höher) die vorgegebene Wahrscheinlichkeit $\gamma$, desto breiter (größer) der Schätzbereich (desto ungenauer die Schätzung). | + | * Je größer (höher) die vorgegebene Wahrscheinlichkeit $\gamma$, desto breiter (größer) der Schätzbereich (desto ungenauer die Schätzung). <br> |
| − | <br> | + | * Je größer (höher) die gewünschte Sicherheit $\gamma$, desto breiter (größer) das $\gamma$-Konfidenzintervall für $p$ (desto ungenauer die Schätzung).<br> |
| − | * Je größer (höher) die gewünschte Sicherheit $\gamma$, desto breiter (größer) das $\gamma$-Konfidenzintervall für $p$ (desto ungenauer die Schätzung). | + | |
| − | <br> | + | |
* Je größer der Stichprobenumfang $n$ (bei gleichem relativen Anteil $p$), desto schmaler (kleiner) ist das Konfidenzintervall (desto genauer ist die Schätzung) | * Je größer der Stichprobenumfang $n$ (bei gleichem relativen Anteil $p$), desto schmaler (kleiner) ist das Konfidenzintervall (desto genauer ist die Schätzung) | ||
<br> | <br> | ||
| − | + | '''Beachte:''' Alle Aussagen lassen sich selbstverständlich auch umkehren. Beispielsweise gilt: Je schmaler (kleiner) das Konfidenzintervall, desto geringer ist seine Sicherheit $\gamma$. | |
| − | Beachte: Alle Aussagen lassen sich selbstverständlich auch umkehren. Beispielsweise gilt: Je schmaler (kleiner) das Konfidenzintervall, desto geringer ist seine Sicherheit $\gamma$. | + | |
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| + | = Interaktive Übungen = | ||
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| + | == Quiz: Konfidenzintervalle (WS 4.1) == | ||
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