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Eine stetige Zufallsgröße \(X\) ist im Intervall \([0; 5]\) gleichverteilt. Ihre Dichtefunktion ist somit gegeben durch \(f(x) = \frac{1}{5}\) für \(0 \le x \le 5\) und \(f(x) = 0\) sonst.
1. Berechne die Wahrscheinlichkeit dafür, dass ein Wert von \(X\) im Intervall \([1{,}15; 1{,}25)\) liegt.
2. Ein Realisierungswert von \(X\) wird auf eine Dezimalstelle nach dem Komma gerundet. Bestimme die Wahrscheinlichkeit dafür, dass man den Wert \(1{,}2\) erhält.
3. Nun wird ein Wert von \(X\) auf \(k\) Dezimalstellen nach dem Komma gerundet (\(k \in \mathbb{N}\)). Gib allgemein die Wahrscheinlichkeit dafür an, dass ein bestimmter Wert \(a\) (mit \(0{,}5 \cdot 10^{-k} \le a \le 5 - 0{,}5 \cdot 10^{-k}\)) durch Rundung erzielt wird. Erläutere den Zusammenhang zwischen der Breite des Rundungsintervalls und der Wahrscheinlichkeit.
Denkanstöße
- Wie berechnet man Wahrscheinlichkeiten bei einer stetigen Gleichverteilung?
- Welcher Bereich von Werten führt beim Runden auf eine Stelle nach dem Komma zu einem bestimmten Ergebnis?
- Überlege dir, wie groß der Abstand zwischen zwei benachbarten Werten ist, die auf \(k\) Stellen gerundet wurden.
- Was passiert mit der Intervallbreite, wenn man die Anzahl der Dezimalstellen erhöht?
Lösung
1. Die Wahrscheinlichkeit im Intervall \([1{,}15; 1{,}25)\) berechnet sich bei einer Gleichverteilung über die Breite des Intervalls dividiert durch die Breite des Definitionsbereichs: \(P(1{,}15 \le X < 1{,}25) = \frac{1{,}25 - 1{,}15}{5} = \frac{0{,}1}{5} = 0{,}02\).
2. Ein Wert ergibt gerundet auf eine Dezimalstelle \(1{,}2\), wenn er im Intervall \([1{,}15; 1{,}25)\) liegt. Die Wahrscheinlichkeit entspricht somit dem Ergebnis aus Teilaufgabe 1: \(P(\text{gerundet } 1{,}2) = 0{,}02\).
3. Die Rundung auf \(k\) Stellen entspricht einem Intervall der Breite \(10^{-k}\) (von \(a - 0{,}5 \cdot 10^{-k}\) bis \(a + 0{,}5 \cdot 10^{-k}\)). Da die Gesamtlänge des Bereichs \(5\) beträgt, ist die Wahrscheinlichkeit \(P = \frac{10^{-k}}{5} = 0{,}2 \cdot 10^{-k}\). Mit zunehmender Genauigkeit (größeres \(k\)) verringert sich die Intervallbreite bei jeder zusätzlichen Stelle um den Faktor \(10\), wodurch die Wahrscheinlichkeit für einen bestimmten gerundeten Wert gegen Null strebt.
Antwort
1. \(P(1{,}15 \le X < 1{,}25) = 0{,}02\)
2. \(P(\text{gerundet } 1{,}2) = 0{,}02\)
3. \(P = \frac{10^{-k}}{5} = 0{,}2 \cdot 10^{-k}\). Die Wahrscheinlichkeit ist proportional zur Breite des Rundungsintervalls \(10^{-k}\).
