Kostenlose Arbeitsblätter

- Erinnere dich an die drei klassischen Sigma-Regeln in ihrer Reihenfolge von der schmalsten zur breitesten Umgebung. - Mit wachsender Intervallbreite muss auch die enthaltene Wahrscheinlichkeit wachsen.

Nach den Sigma-Regeln gehören etwa \(68{,}3\,\%\) zur \(1\sigma\)-Umgebung, \(95{,}4\,\%\) zur \(2\sigma\)-Umgebung und \(99{,}7\,\%\) zur \(3\sigma\)-Umgebung.

\(68{,}3\,\%\leftrightarrow[\mu-\sigma;\mu+\sigma]\) \(95{,}4\,\%\leftrightarrow[\mu-2\sigma;\mu+2\sigma]\) \(99{,}7\,\%\leftrightarrow[\mu-3\sigma;\mu+3\sigma]\)

- Die gesamte Fläche unter einer Dichte entspricht \(100\,\%\). - Gesucht ist das Gegenereignis zum markierten zentralen Bereich.

Die gesamte Wahrscheinlichkeit beträgt \(100\,\%\). Außerhalb des markierten \(2\sigma\)-Bereichs liegen daher etwa \(100\,\%-95{,}4\,\%=4{,}6\,\%\).

etwa \(4{,}6\,\%\)

- Skizziere eine Glockenkurve und markiere den Bereich um den Erwartungswert. - Was kannst du über die Flächen links und rechts von den Intervallgrenzen sagen? - Wie viel Prozent der Gesamtfläche bleiben übrig, wenn man das gegebene Intervall abzieht? - Bedenke, dass die Kurve symmetrisch zu ihrem Zentrum verläuft.

1. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Wert außerhalb des Intervalls \([\mu - 2\sigma; \mu + 2\sigma]\) liegt, beträgt \(1 - 0{,}954 = 0{,}046\). 2. Aufgrund der Symmetrie der Glockenkurve zum Erwartungswert \(\mu\) verteilt sich diese Restwahrscheinlichkeit zu gleichen Teilen auf die beiden äußeren Ränder. 3. Für a) ergibt sich somit \(P(X \le \mu - 2\sigma) = 0{,}046 : 2 = 0{,}023\). 4. Für c) gilt analog \(P(X \ge \mu + 2\sigma) = 0{,}046 : 2 = 0{,}023\). 5. Für b) addiert man die Wahrscheinlichkeit des Intervalls und des linken Randes: \(P(X \le \mu + 2\sigma) = 0{,}954 + 0{,}023 = 0{,}977\) (alternativ: \(1 - 0{,}023 = 0{,}977\)).

a) \(\approx 0{,}023\) b) \(\approx 0{,}977\) c) \(\approx 0{,}023\)

- Überlege dir zuerst, welches Vielfache der Standardabweichung zu den gesuchten Wahrscheinlichkeiten gehört. - Erinnere dich an die Symmetrie der Normalverteilung um den Erwartungswert. - Wie hängen die Wahrscheinlichkeiten für Intervalle mit den Wahrscheinlichkeiten für die Randbereiche zusammen? - Prüfe, wie oft die Standardabweichung in den Abstand zwischen dem Erwartungswert und dem gegebenen Wert passt.

1. Die Wahrscheinlichkeit \(68{,}3\,\%\) gehört zur \(1\sigma\)-Regel. Daher ist \(I=[\mu-\sigma;\mu+\sigma]=[410;490]\). 2. Die Wahrscheinlichkeit \(0{,}954\) entspricht der \(2\sigma\)-Regel \([\mu - 2\sigma; \mu + 2\sigma]\): \(450 - 2 \cdot 40 = 370\) und \(450 + 2 \cdot 40 = 530\). Das Intervall ist \(I = [370; 530]\). 3. Der Wert \(330\) entspricht \(\mu - 3\sigma\), da \(450 - 3 \cdot 40 = 330\). Nach der \(3\sigma\)-Regel liegen ca. \(99{,}7\,\%\) der Werte im Intervall \([\mu - 3\sigma; \mu + 3\sigma]\). Die Wahrscheinlichkeit außerhalb dieses Intervalls beträgt näherungsweise \(1 - 0{,}997 \approx 0{,}003\). Aufgrund der Symmetrie entfällt auf den linken Randbereich \(P(X \le \mu - 3\sigma) \approx \frac{0{,}003}{2} \approx 0{,}0015\).

a) \(I=[410;490]\) b) \(I=[370;530]\) c) \(P(X\le330)\approx0{,}0015\)

- Welche ganzzahligen Vielfachen von \(\sigma\) gehören zu den drei Sigma-Regeln? - Setze das passende \(k\) in \([\mu-k\sigma;\mu+k\sigma]\) ein. - Prüfe, ob beide Grenzen jeweils denselben Abstand von \(\mu\) besitzen.

1. Zur \(1\sigma\)-Regel gehört näherungsweise \(68{,}3\,\%\). Die Untergrenze ist \(15\,000\,\text{h}-800\,\text{h}=14\,200\,\text{h}\), die Obergrenze \(15\,000\,\text{h}+800\,\text{h}=15\,800\,\text{h}\). 2. Zur \(2\sigma\)-Regel gehört näherungsweise \(95{,}4\,\%\). Die Untergrenze ist \(15\,000\,\text{h}-1600\,\text{h}=13\,400\,\text{h}\), die Obergrenze \(15\,000\,\text{h}+1600\,\text{h}=16\,600\,\text{h}\). 3. Zur \(3\sigma\)-Regel gehört näherungsweise \(99{,}7\,\%\). Die Untergrenze ist \(15\,000\,\text{h}-2400\,\text{h}=12\,600\,\text{h}\), die Obergrenze \(15\,000\,\text{h}+2400\,\text{h}=17\,400\,\text{h}\).

1. von \(14\,200\,\text{h}\) bis \(15\,800\,\text{h}\) 2. von \(13\,400\,\text{h}\) bis \(16\,600\,\text{h}\) 3. von \(12\,600\,\text{h}\) bis \(17\,400\,\text{h}\)

- Überprüfe zuerst, ob das angegebene Intervall symmetrisch um den Erwartungswert liegt. - Welche der bekannten Sigma-Regeln (\(1\sigma\), \(2\sigma\) oder \(3\sigma\)) passt zu dem Wahrscheinlichkeitswert \(0{,}9973\)? - Wenn du weißt, wie viele Standardabweichungen die Intervallgrenze vom Mittelwert entfernt ist, kannst du eine einfache Gleichung aufstellen.

1. Das Intervall \([44; 56]\) liegt symmetrisch um den Erwartungswert \(\mu = 50\), da \(50 - 44 = 6\) und \(56 - 50 = 6\). 2. Der Wahrscheinlichkeitswert \(0{,}9973\) ist das Kennzeichen für das \(3\sigma\)-Intervall der Normalverteilung (\(3\sigma\)-Regel). 3. Daraus ergibt sich der Zusammenhang \(3\sigma = 6\). 4. Durch Division durch 3 erhält man \(\sigma = 2\).

\(\sigma = 2\)

- Wie viel Prozent der Werte liegen bei einer Normalverteilung innerhalb von einer, zwei oder drei Standardabweichungen um den Mittelwert? - Kannst du die Grenzen des gegebenen Intervalls mithilfe von \(\mu\) und einem Vielfachen von \(\sigma\) ausdrücken? - Ist das Intervall symmetrisch zum Erwartungswert?

1. Identifikation der Sigma-Regel: Die Wahrscheinlichkeit \(0{,}9544\) für ein zum Erwartungswert symmetrisches Intervall entspricht der \(2\sigma\)-Regel der Normalverteilung, da \(P(\mu - 2\sigma \le X \le \mu + 2\sigma) \approx 0{,}9544\). 2. Aufstellen der Gleichung für die Intervallgrenzen: Aus dem Vergleich folgt \(170 = \mu + 2\sigma\) (oder analog \(130 = \mu - 2\sigma\)). 3. Einsetzen des gegebenen Erwartungswerts \(\mu = 150\): \(170 = 150 + 2\sigma\), woraus \(20 = 2\sigma\) folgt. 4. Berechnung des Ergebnisses: \(\sigma = 10\).

\(\sigma = 10\)

- Ordne jedem Teil zuerst die passende Sigma-Regel beziehungsweise Gegenwahrscheinlichkeit zu. - Eine erwartete Anzahl erhältst du, indem du die Gesamtzahl mit der zugehörigen Wahrscheinlichkeit multiplizierst. - Eine erwartete Anzahl muss nicht ganzzahlig sein; sie beschreibt einen Mittelwert über viele vergleichbare Stichproben.

1. Nach der \(1\sigma\)-Regel liegt die Wahrscheinlichkeit näherungsweise bei \(0{,}683\). Die erwartete Anzahl ist daher \(400\cdot0{,}683=273{,}2\). 2. Innerhalb der \(2\sigma\)-Umgebung liegen etwa \(0{,}954\) der Werte, also außerhalb etwa \(0{,}046\). Die erwartete Anzahl ist \(400\cdot0{,}046=18{,}4\). 3. Nach der \(3\sigma\)-Regel liegen etwa \(0{,}997\) der Werte im angegebenen Intervall. Die erwartete Anzahl ist \(400\cdot0{,}997=398{,}8\).

a) erwartungsgemäß \(273{,}2\) Bauteile b) erwartungsgemäß \(18{,}4\) Bauteile c) erwartungsgemäß \(398{,}8\) Bauteile

- Welcher Parameter lässt sich am Hochpunkt beziehungsweise an der Symmetrieachse erkennen? - Schätze den Abstand der sichtbaren Wendestellen von dieser Achse. - Welche Wahrscheinlichkeit liegt links vom Erwartungswert? - Vergleiche \([2;4]\) mit einer bekannten symmetrischen Sigma-Umgebung.

1. Der Hochpunkt und die Symmetrieachse liegen bei \(x=3\), also ist \(\mu=3\). Der sichtbare Krümmungswechsel liegt ungefähr bei \(x=2\) und \(x=4\). Daher ist \(\sigma\approx1\). 2. Wegen der Symmetrie der Normalverteilung liegt genau die Hälfte der Gesamtwahrscheinlichkeit links vom Erwartungswert. Somit ist \(P(X\le3)=0{,}5\). 3. Das Intervall \([2;4]\) entspricht nach der grafischen Parameterschätzung ungefähr \([\mu-\sigma;\mu+\sigma]\). Nach der \(1\sigma\)-Regel beträgt die Wahrscheinlichkeit näherungsweise \(68{,}3\,\%\).

a) \(\mu=3\), \(\sigma\approx1\) b) \(P(X\le3)=0{,}5\) c) \(P(2\le X\le4)\approx68{,}3\,\%\)

- Welche x-Koordinate hat der Hochpunkt, und welchen Abstand haben die markierten Wendestellen davon? - Spiegle zunächst das rechte Intervall an der Symmetrieachse. - Welcher zusätzliche Bereich bleibt dann auf der linken Seite übrig? - Was muss mit der Höhe der Glockenkurve geschehen, wenn sie bei gleicher Gesamtfläche breiter wird?

1. Die Dichte ist symmetrisch und hat ihren Hochpunkt bei \(x=165\,\text{cm}\). Daher ist \(\mu=165\,\text{cm}\). Die markierten Wendestellen liegen bei \(159\,\text{cm}\) und \(171\,\text{cm}\), also ist \(\sigma=6\,\text{cm}\). 2. Durch Spiegelung an \(x=\mu=165\) gilt \(P(159\le X\le\mu)=P(\mu\le X\le171)\). Das Intervall \([156;\mu]\) enthält zusätzlich die positive Fläche von \(156\) bis \(159\). Daher ist \(P(156\le X\le\mu)>P(\mu\le X\le171)\). 3. Bei größerem \(\sigma\) und gleichem \(\mu\) wird die Glockenkurve breiter und ihr Hochpunkt niedriger; die Symmetrieachse bleibt unverändert.

a) \(\mu=165\,\text{cm}\), \(\sigma=6\,\text{cm}\) b) \(P(156\le X\le\mu)>P(\mu\le X\le171)\) c) Der Graph wird breiter und flacher; der Mittelpunkt bleibt unverändert.

- Welche Gesamtwahrscheinlichkeiten gehören zur \(1\sigma\)- und zur \(2\sigma\)-Umgebung? - Welche Fläche bleibt übrig, wenn du die kleinere zentrale Umgebung aus der größeren entfernst? - Wie verteilt sich diese Restfläche aufgrund der Symmetrie auf links und rechts?

1. Im zentralen \(2\sigma\)-Intervall liegen etwa \(95{,}4\,\%\), im zentralen \(1\sigma\)-Intervall etwa \(68{,}3\,\%\). 2. Die beiden markierten Bereiche zusammen enthalten daher etwa \(95{,}4\,\%-68{,}3\,\%=27{,}1\,\%\). 3. Wegen der Symmetrie entfällt auf jeden der beiden Bereiche die Hälfte, also etwa \(13{,}55\,\%\).

Beide Bereiche zusammen: etwa \(27{,}1\,\%\) Ein Bereich: etwa \(13{,}55\,\%\)

- Wie viele Standardabweichungen liegen die gegebenen Grenzen vom Erwartungswert entfernt? - Nutze die Symmetrie der Normalverteilung um den Erwartungswert herum. - Kannst du ein asymmetrisches Intervall in zwei Teile zerlegen, die jeweils am Erwartungswert beginnen oder enden? - Welche Prozentwerte ordnen die Sigma-Regeln den Bereichen um den Mittelwert zu?

Zunächst werden die Intervallgrenzen als Vielfache der Standardabweichung \(\sigma = 50\) vom Erwartungswert \(\mu = 500\) ausgedrückt. Für Teilaufgabe a) entspricht das Intervall \([450; 550]\) genau \([\mu - \sigma; \mu + \sigma]\), woraus sich nach der \(1\sigma\)-Regel direkt \(P \approx 68{,}3\,\%\) ergibt. In b) liegt das Intervall \([400; 500]\) zwischen \(\mu - 2\sigma\) und \(\mu\); aufgrund der Symmetrie der Glockenkurve entspricht dies der Hälfte des \(2\sigma\)-Intervalls, also \(\frac{1}{2} \cdot 95{,}4\,\% = 47{,}7\,\%\). Für c) wird das Intervall \([450; 650]\) in die Abschnitte \([\mu - \sigma; \mu]\) und \([\mu; \mu + 3\sigma]\) zerlegt. Die Wahrscheinlichkeit berechnet sich somit als Summe der jeweiligen hälftigen Sigma-Intervalle: \(\frac{1}{2} \cdot 68{,}3\,\% + \frac{1}{2} \cdot 99{,}7\,\% = 34{,}15\,\% + 49{,}85\,\% = 84\,\%\).

a) \(P(450 \le X \le 550) \approx 68{,}3\,\%\) b) \(P(400 \le X \le 500) \approx 47{,}7\,\%\) c) \(P(450 \le X \le 650) \approx 84\,\%\)

- Überlege dir, wie groß die Fläche unter der gesamten Kurve ist. - Wenn du die Wahrscheinlichkeit für einen Bereich außerhalb eines Intervalls suchst, denke an die Gegenwahrscheinlichkeit. - Skizziere dir im Kopf, welche Flächenstücke du voneinander abziehen oder addieren musst, um zum Zielintervall zu kommen. - Erinnere dich daran, dass die Fläche links und rechts vom Erwartungswert jeweils genau \(50\,\%\) beträgt.

Die Grenzen werden in Einheiten von \(\sigma = 12\) bestimmt. Zu a): Da \(56 = \mu - 2\sigma\) und \(104 = \mu + 2\sigma\) gilt, entspricht dies dem \(2\sigma\)-Intervall mit \(P \approx 95{,}4\,\%\). Zu b): Der Wert \(116\) entspricht \(\mu + 3\sigma\). Da der Bereich außerhalb des \(3\sigma\)-Intervalls insgesamt \(100\,\% - 99{,}7\,\% = 0{,}3\,\%\) beträgt, entfallen aufgrund der Symmetrie auf den rechten Randbereich \(P(Y \ge \mu + 3\sigma) \approx 0{,}15\,\%\). Zu c): Die Grenzen liegen bei \(\mu - 3\sigma = 44\) und \(\mu - \sigma = 68\). Die gesuchte Wahrscheinlichkeit ergibt sich aus der Differenz der Flächenanteile von der Mitte aus: \(P(\mu - 3\sigma \le Y \le \mu) - P(\mu - \sigma \le Y \le \mu) \approx \frac{1}{2} \cdot 99{,}7\,\% - \frac{1}{2} \cdot 68{,}3\,\% = 49{,}85\,\% - 34{,}15\,\% = 15{,}7\,\%\).

a) \(P(56 \le Y \le 104) \approx 95{,}4\,\%\) b) \(P(Y \ge 116) \approx 0{,}15\,\%\) c) \(P(44 \le Y \le 68) \approx 15{,}7\,\%\)

- Überlege zuerst, wie viele Standardabweichungen die angegebenen Werte vom Erwartungswert entfernt liegen. - Nutze die Symmetrie der Glockenkurve um den Erwartungswert aus. - Das gesamte Gebiet unter der Kurve entspricht einer Wahrscheinlichkeit von \(100\,\%\). - Erinnere dich daran, dass Intervalle wie \([\mu - \sigma; \mu]\) genau die Hälfte des entsprechenden Sigma-Intervalls abdecken. - Was bedeutet „Abweichung vom Erwartungswert“ mathematisch für das Intervall?

Gegeben sind \(\mu = 400\) und \(\sigma = 8\). Die Sigma-Regeln besagen: \(P(\mu - \sigma \le X \le \mu + \sigma) \approx 68{,}3\,\%\), \(P(\mu - 2\sigma \le X \le \mu + 2\sigma) \approx 95{,}4\,\%\) und \(P(\mu - 3\sigma \le X \le \mu + 3\sigma) \approx 99{,}7\,\%\). 1. Für Teilaufgabe a) gilt: \(392 = \mu - \sigma\) und \(416 = \mu + 2\sigma\). Die Wahrscheinlichkeit berechnet sich als \(P(\mu - \sigma \le X \le \mu) + P(\mu \le X \le \mu + 2\sigma) = \frac{0{,}683}{2} + \frac{0{,}954}{2} = 0{,}3415 + 0{,}477 = 0{,}8185\). 2. Für Teilaufgabe b) gilt: \(384 = \mu - 2\sigma\). Die Wahrscheinlichkeit für den Bereich außerhalb des \(2\sigma\)-Intervalls ist \(1 - 0{,}954 = 0{,}046\). Da die Normalverteilung symmetrisch ist, entfällt auf den linken Randbereich (weniger als \(\mu - 2\sigma\)) die Hälfte davon: \(0{,}046 : 2 = 0{,}023\). 3. Für Teilaufgabe c) ist die Abweichung um mehr als \(8\,\text{g}\) gesucht, also \(|X - \mu| > \sigma\). Dies ist das Gegenereignis zum \(1\sigma\)-Intervall: \(1 - P(\mu - \sigma \le X \le \mu + \sigma) = 1 - 0{,}683 = 0{,}317\).

a) \(81{,}85\,\%\) b) \(2{,}3\,\%\) c) \(31{,}7\,\%\)

- Skizziere dir die Glockenkurve und markiere die gesuchten Bereiche. - Prüfe für jeden Grenzwert, ob er ein Vielfaches von \(\sigma\) vom Mittelwert entfernt ist. - Wie viel Prozent der Fläche liegen jeweils rechts und links vom Erwartungswert? - Kombiniere die bekannten Sigma-Prozentsätze durch Addition oder Subtraktion, um Teilbereiche zu bestimmen.

Gegeben sind \(\mu = 10{,}00\) und \(\sigma = 0{,}05\). 1. Teilaufgabe a): Das Intervall \([9{,}90; 10{,}10]\) entspricht \([\mu - 2\sigma; \mu + 2\sigma]\). Nach der \(2\sigma\)-Regel beträgt die Wahrscheinlichkeit hierfür etwa \(95{,}4\,\%\). 2. Teilaufgabe b): Der Bereich liegt zwischen \(\mu + 2\sigma = 10{,}10\) und \(\mu + 3\sigma = 10{,}15\). Die Wahrscheinlichkeit ist die Differenz der Flächen von \(\mu\) bis zu den jeweiligen Grenzen: \(P(\mu \le X \le \mu + 3\sigma) - P(\mu \le X \le \mu + 2\sigma) = \frac{0{,}997}{2} - \frac{0{,}954}{2} = 0{,}4985 - 0{,}477 = 0{,}0215\). 3. Teilaufgabe c): Gesucht ist \(P(X \ge 10{,}05)\), wobei \(10{,}05 = \mu + \sigma\). Da die Fläche rechts von \(\mu\) genau \(0{,}5\) beträgt, subtrahiert man den Teilbereich zwischen \(\mu\) und \(\mu + \sigma\): \(0{,}5 - P(\mu \le X \le \mu + \sigma) = 0{,}5 - \frac{0{,}683}{2} = 0{,}5 - 0{,}3415 = 0{,}1585\).

a) \(95{,}4\,\%\) b) \(2{,}15\,\%\) c) \(15{,}85\,\%\)

- Nutze die bekannten Sigma-Werte für die Standardwahrscheinlichkeiten. - Skizziere dir bei Wahrscheinlichkeiten für einseitige Bereiche, wie diese aus den Intervallwahrscheinlichkeiten berechnet werden können. - Überlege bei Teilaufgabe c), welche Fläche unter der Glockenkurve links von \(c\) liegen muss und wie sich diese aus einem symmetrischen Intervall und einer Hälfte des Restes zusammensetzt.

1. Die \(1\sigma\)-Regel liefert das Intervall \([\mu-\sigma;\mu+\sigma]\). Mit \(\mu=1200\) und \(\sigma=150\) ergibt sich \([1050;1350]\). 2. Der Wert \(1650\) liegt genau \(3\sigma\) über dem Mittelwert, denn \(1200+3\cdot150=1650\). Nach der \(3\sigma\)-Regel liegen etwa \(99{,}7\,\%\) der Werte im zentralen Intervall. Außerhalb liegen etwa \(0{,}3\,\%\), wegen der Symmetrie also etwa \(0{,}15\,\%\) im rechten Randbereich. Somit ist \(P(X>1650)\approx0{,}0015\). 3. Nach der \(2\sigma\)-Regel gilt \(P(\mu-2\sigma\le X\le\mu+2\sigma)\approx0{,}954\). Links von \(\mu-2\sigma\) liegen wegen der Symmetrie etwa \(0{,}023\). Daher ist \(P(X\le\mu+2\sigma)\approx0{,}023+0{,}954\approx0{,}977\). Also gilt \(c=1200+2\cdot150=1500\).

a) \([1050;1350]\) b) \(P(X>1650)\approx0{,}0015\) c) \(c=1500\)

- Überlege, welcher Anteil der Fläche unter der Glockenkurve links vom Erwartungswert liegt. - Wie hängen die Prozentangaben der Sigma-Regeln mit den Grenzen des Intervalls zusammen? - Skizziere die Glockenkurve und markiere die gegebenen Wahrscheinlichkeiten. - Unterscheide zwischen einseitigen und beidseitigen Intervallen.

1. Für a): Die Wahrscheinlichkeit \(P(X \le \mu + 1\sigma)\) entspricht etwa \(0{,}5 + \frac{0{,}683}{2} \approx 0{,}8415\). Der Wert \(72\) entspricht somit der Grenze \(\mu + \sigma\). Mit \(60 + \sigma = 72\) ergibt sich \(\sigma = 12\). 2. Für b): Die Wahrscheinlichkeit \(P(\mu - 2\sigma \le X \le \mu + 2\sigma)\) beträgt etwa \(0{,}954\). Das gegebene Intervall \([54; 66]\) ist symmetrisch um \(\mu = 60\) mit einer halben Intervallbreite von \(6\). Es gilt also \(2\sigma = 6\), woraus \(\sigma = 3\) folgt.

a) \(\sigma = 12\) b) \(\sigma = 3\)

- Was bedeutet eine Abweichung vom Erwartungswert mathematisch für das Intervall? - Nutze die Symmetrie der Normalverteilung, um Wahrscheinlichkeiten für halbe Intervalle zu finden. - Welches Vielfache von \(\sigma\) gehört zu einer Wahrscheinlichkeit von \(99{,}7\,\%\) im symmetrischen Intervall? - Wie viel Prozent der Werte liegen außerhalb der Sigma-Bereiche?

1. Für a): Die Bedingung \(P(|Y - \mu| > d) \approx 0{,}003\) ist äquivalent zu \(P(\mu - d \le Y \le \mu + d) \approx 0{,}997\). Gemäß der \(3\sigma\)-Regel entspricht dies dem Intervall \([\mu - 3\sigma; \mu + 3\sigma]\). Mit \(3\sigma = 15\) ergibt sich \(\sigma = 5\). 2. Für b): Da die Normalverteilung symmetrisch ist, gilt \(P(Y \ge \mu + \sigma) = 0{,}5 - P(\mu \le Y \le \mu + \sigma) \approx 0{,}5 - 0{,}341 = 0{,}159\). Der Wert \(110\) entspricht also \(\mu + \sigma\). Mit \(100 + \sigma = 110\) folgt \(\sigma = 10\).

a) \(\sigma = 5\) b) \(\sigma = 10\)

- Bestimme für jeden Wert den Abstand zum Erwartungswert in Einheiten von \(\sigma\). - Skizziere dir gedanklich die Glockenkurve, um zu entscheiden, ob du Flächen addieren oder von der Gesamtfläche abziehen musst. - Denke daran, dass die Wahrscheinlichkeit für eine Hälfte der Verteilung (links oder rechts von \(\mu\)) immer \(50\,\%\) beträgt.

1. Parameter: \(\mu = 1200\) und \(\sigma = 100\). 2. Zu a): \(1400 = \mu + 2\sigma\). Gesucht ist die Fläche im rechten Randbereich. \(P(T > \mu + 2\sigma) = \frac{100\,\% - 95{,}4\,\%}{2} = 2{,}3\,\%\). 3. Zu b): \(1100 = \mu - \sigma\). Gesucht ist \(P(T \le \mu - \sigma)\). Unter Ausnutzung der Symmetrie gilt: \(P(T \le \mu - \sigma) = \frac{100\,\% - 68{,}3\,\%}{2} = 15{,}85\,\%\). 4. Zu c): Das Intervall \([1000; 1300]\) entspricht \([\mu - 2\sigma; \mu + \sigma]\). Berechnung über die halben Sigma-Bereiche: \(P(\mu - 2\sigma \le T \le \mu) = \frac{95{,}4\,\%}{2} = 47{,}7\,\%\) und \(P(\mu \le T \le \mu + \sigma) = \frac{68{,}3\,\%}{2} = 34{,}15\,\%\). Summe: \(47{,}7\,\% + 34{,}15\,\% = 81{,}85\,\%\).

a) \(\approx 2{,}3\,\%\) b) \(\approx 15{,}85\,\%\) c) \(\approx 81{,}85\,\%\)

- Welcher Anteil der Fläche unter der Glockenkurve liegt innerhalb einer \(1\sigma\)-, \(2\sigma\)- oder \(3\sigma\)-Umgebung? - Kannst du die Wahrscheinlichkeit für einen einseitigen Bereich (den Randbereich der Verteilung) aus den symmetrischen Sigma-Regeln herleiten? - Überlege, wie weit die Intervallgrenzen vom Erwartungswert \(\mu\) entfernt sind. - Wie viel Prozent der Fläche liegen außerhalb der \(3\sigma\)-Umgebung und wie verteilt sich dieser Rest auf die beiden Seiten?

1. Zuordnung der Sigma-Regel für Teilaufgabe a): Die Wahrscheinlichkeit \(0{,}954\) entspricht dem Bereich der \(2\sigma\)-Umgebung um den Erwartungswert \(\mu = 100\). 2. Aufstellen der Gleichung: Da das Intervall \([100 - 6; 100 + 6]\) gegeben ist, gilt \(2\sigma = 6\). 3. Berechnung von \(\sigma\): Aus \(2\sigma = 6\) folgt \(\sigma = 3\). 4. Zuordnung der Sigma-Regel für Teilaufgabe b): Die Wahrscheinlichkeit \(0{,}0015\) entspricht näherungsweise der Fläche im rechten Randbereich außerhalb der \(3\sigma\)-Umgebung, da \(1 - 0{,}997 \approx 0{,}003\) und \(\frac{0{,}003}{2} \approx 0{,}0015\). 5. Aufstellen der Gleichung: Die Grenze liegt bei \(\mu + 3\sigma\). Mit \(100 + 3\sigma = 109\) ergibt sich \(3\sigma = 9\). 6. Berechnung von \(\sigma\): Aus \(3\sigma = 9\) folgt \(\sigma = 3\).

a) \(\sigma = 3\) b) \(\sigma = 3\)

- Welche der drei kanonischen Sigma-Regeln passt jeweils zur angegebenen Wahrscheinlichkeit? - Was bedeutet die Schreibweise \(|X-\mu|<d\) für die Lage des Intervalls? - Wie verteilt sich die kleine Restwahrscheinlichkeit außerhalb der \(3\sigma\)-Umgebung auf beide Seiten? - Vergleiche den Abstand der gegebenen Grenze vom Erwartungswert mit \(\sigma\).

1. Der Ausdruck \(|X-400|<40\) beschreibt das zentrale Intervall \([400-40;400+40]\). Die Wahrscheinlichkeit \(0{,}954\) gehört zur \(2\sigma\)-Regel. Daher gilt \(2\sigma=40\), also \(\sigma=20\). 2. Die Wahrscheinlichkeit \(0{,}0015\) entspricht näherungsweise dem linken Randbereich außerhalb der \(3\sigma\)-Umgebung. Daher liegt die Grenze bei \(\mu-3\sigma\). Aus \(400-3\sigma=340\) folgt \(3\sigma=60\) und damit \(\sigma=20\).

a) \(\sigma=20\) b) \(\sigma=20\)

- Wo muss der Erwartungswert bei einer symmetrischen Glockenkurve liegen, wenn die Flächen links von 60 und rechts von 100 gleich groß sind? - Kennst du bestimmte Wahrscheinlichkeitswerte, die Vielfachen der Standardabweichung (Sigma-Regeln) zugeordnet sind? - Wie hängen die äußeren Randbereiche der Verteilung mit dem zentralen Sicherheitsintervall zusammen?

1. Aufgrund der Symmetrie der Normalverteilung liegt der Erwartungswert \(\mu\) genau in der Mitte der beiden Grenzen: \(\mu = \frac{60 + 100}{2} = 80\). 2. Die Wahrscheinlichkeit \(P(X < \mu - k\sigma) \approx 0{,}0228\) entspricht nach der \(2\sigma\)-Regel dem Bereich außerhalb von zwei Standardabweichungen (da \(P(\mu - 2\sigma \le X \le \mu + 2\sigma) \approx 0{,}9545\) und \(\frac{1 - 0{,}9545}{2} \approx 0{,}02275\)). 3. Es gilt also \(\mu - 2\sigma = 60\). 4. Einsetzen von \(\mu = 80\) ergibt \(80 - 2\sigma = 60\), woraus \(2\sigma = 20\) und somit \(\sigma = 10\) folgt.

\(\mu = 80\); \(\sigma = 10\)

- Welche Wahrscheinlichkeiten ordnen die Sigma-Regeln den Intervallen \([\mu - \sigma; \mu + \sigma]\), \([\mu - 2\sigma; \mu + 2\sigma]\) und \([\mu - 3\sigma; \mu + 3\sigma]\) zu? - Nutze die Symmetrie der Glockenkurve um den Erwartungswert \(\mu\), um Wahrscheinlichkeiten für einseitige Intervalle zu bestimmen. - Überlege, wie viele Standardabweichungen die Intervallgrenze vom Erwartungswert entfernt sein muss, um die gegebene Wahrscheinlichkeit zu erreichen. - Skizziere dir die Glockenkurve und markiere die gegebenen Bereiche.

1. Nach der \(2\sigma\)-Regel gilt \(P(\mu \le X \le \mu + 2\sigma) \approx 0{,}477\). Durch Vergleich mit dem Intervall \([\mu; 600]\) folgt \(\mu + 2\sigma = 600\). Mit \(\sigma = 50\) ergibt sich \(\mu + 100 = 600\), also \(\mu = 500\). 2. Die Hälfte der zentralen \(1\sigma\)-Wahrscheinlichkeit beträgt näherungsweise \(0{,}683:2 \approx 0{,}3415\). Daher folgt aus \(P(X \in [350; \mu]) \approx 0{,}3415\), dass \(\mu - \sigma = 350\). Mit \(\sigma = 50\) ergibt sich \(\mu = 400\). 3. Der rechte Randbereich außerhalb der \(3\sigma\)-Umgebung hat nach der Sigma-Regel näherungsweise die Wahrscheinlichkeit \(0{,}0015\). Daher gilt \(\mu + 3\sigma = 750\). Mit \(\sigma = 50\) ergibt sich \(\mu + 150 = 750\), also \(\mu = 600\).

a) \(\mu = 500\) b) \(\mu = 400\) c) \(\mu = 600\)

- Ordne jede gegebene Wahrscheinlichkeit einer Grenze der \(1\sigma\)-, \(2\sigma\)- oder \(3\sigma\)-Umgebung zu. - Beachte bei einseitigen Ereignissen, wie sich die Restwahrscheinlichkeit außerhalb eines symmetrischen Sigma-Intervalls auf beide Seiten verteilt. - Überlege für jeden Fall, ob die angegebene Grenze links oder rechts von \(\mu\) liegen muss. - Drücke die jeweilige Grenze anschließend als \(\mu\pm k\sigma\) aus.

1. Die Wahrscheinlichkeit \(0{,}1585\) entspricht dem linken Randbereich unterhalb von \(\mu-\sigma\). Daher gilt \(160=\mu-\sigma\). Mit \(\sigma=20\) folgt \(\mu=180\). 2. Die Wahrscheinlichkeit \(0{,}9985\) entspricht näherungsweise der Fläche links von \(\mu+3\sigma\). Daher gilt \(250=\mu+3\sigma\). Mit \(\sigma=20\) folgt \(250=\mu+60\), also \(\mu=190\). 3. Die Wahrscheinlichkeit \(P(X\ge170)\approx0{,}977\) bedeutet \(P(X<170)\approx0{,}023\). Nach der \(2\sigma\)-Regel liegt diese linke Restwahrscheinlichkeit unterhalb von \(\mu-2\sigma\). Daher gilt \(170=\mu-2\sigma\). Mit \(\sigma=20\) folgt \(\mu=210\).

a) \(\mu=180\) b) \(\mu=190\) c) \(\mu=210\)

- Welche Parameter \(\mu\) und \(\sigma\) kannst du aus der Funktionsgleichung ablesen? - Wie hängen die Grenzen im Aufgabenteil a) mit dem Erwartungswert und der Standardabweichung zusammen? - Erinnere dich an die Prozentwerte für die \(1\sigma\)-, \(2\sigma\)- und \(3\sigma\)-Intervalle. - Skizziere dir zur Not die Glockenkurve, um die Symmetrie für den einseitigen Bereich in a) zu nutzen.

1. Vergleich der gegebenen Funktion \(\varphi(x) = \frac{1}{\sqrt{72\pi}} \cdot e^{-\frac{(x-40)^2}{72}}\) mit der allgemeinen Form \(\frac{1}{\sigma\sqrt{2\pi}} \cdot e^{-\frac{(x-\mu)^2}{2\sigma^2}}\) ergibt \(\mu = 40\) und \(2\sigma^2 = 72\), also \(\sigma^2 = 36\) bzw. \(\sigma = 6\). 2. Zu a): Der Wert \(34\) entspricht \(\mu - \sigma = 40 - 6\). Nach der \(1\sigma\)-Regel liegen ca. \(68{,}3\,\%\) der Werte im Intervall \([\mu - \sigma; \mu + \sigma]\). Die Wahrscheinlichkeit für den linken Randbereich berechnet sich durch \(P(X \le \mu - \sigma) = \frac{1 - 0{,}683}{2} = 0{,}1585\). 3. Zu b): Die Abweichung um höchstens eine Standardabweichung entspricht dem Intervall \([\mu - \sigma; \mu + \sigma]\). Gemäß der \(1\sigma\)-Regel beträgt diese Wahrscheinlichkeit \(0{,}683\).

a) \(P(X \le 34) \approx 15{,}85\,\%\) b) \(P(34 \le X \le 46) \approx 68{,}3\,\%\)

- Bestimme zuerst \(\mu\) und \(\sigma\) aus dem Exponenten und dem Vorfaktor der Dichtefunktion. - Drücke die Zahl \(10\) als Vielfaches von \(\sigma\) ausgehend von \(\mu\) aus. - Was bedeutet „um mindestens zwei Standardabweichungen abweichen“ für die Lage der Werte im Vergleich zum \(2\sigma\)-Intervall? - Nutze die Symmetrie der Normalverteilung aus.

1. Bestimmung der Parameter durch Koeffizientenvergleich mit der Standardform: \(\mu = -5\) und \(2\sigma^2 = 50 \Rightarrow \sigma = 5\). 2. Zu a): Der Wert \(10\) entspricht \(\mu + 3\sigma = -5 + 3 \cdot 5\). Die \(3\sigma\)-Regel besagt, dass \(P(\mu - 3\sigma \le X \le \mu + 3\sigma) \approx 0{,}997\). Der gesuchte Bereich \(P(X > \mu + 3\sigma)\) ist die Hälfte der verbleibenden Restwahrscheinlichkeit: \(\frac{1 - 0{,}997}{2} = 0{,}0015\). 3. Zu b): Gesucht ist die Wahrscheinlichkeit außerhalb des \(2\sigma\)-Intervalls: \(P(|X - \mu| \ge 2\sigma) = 1 - P(\mu - 2\sigma \le X \le \mu + 2\sigma)\). Mit der \(2\sigma\)-Regel (\(95{,}4\,\%\)) ergibt sich \(1 - 0{,}954 = 0{,}046\).

a) \(P(X > 10) \approx 0{,}15\,\%\) b) \(P(|X + 5| \ge 10) \approx 4{,}6\,\%\)

- Formuliere die obere Wahrscheinlichkeit zunächst als kumulierte Wahrscheinlichkeit links von \(500\). - Welcher Standardnormalwert gehört zu dieser kumulierten Wahrscheinlichkeit? - Setze den gefundenen Wert in die Standardisierungsformel ein und löse nach \(\mu\) auf.

1. Aus \(P(X>500)=0{,}95\) folgt \(P(X\le500)=0{,}05\). 2. Der zugehörige Standardnormalwert erfüllt \(\Phi(z)=0{,}05\), also \(z=\Phi^{-1}(0{,}05)\approx-1{,}6449\). 3. Mit \(z=\frac{500-\mu}{80}\) gilt \(-1{,}6449\approx\frac{500-\mu}{80}\). 4. Auflösen ergibt \(\mu\approx631{,}6\).

\(\mu\approx631{,}6\)

- Wie verteilt sich die außerhalb eines zentralen symmetrischen Intervalls liegende Wahrscheinlichkeit auf die beiden Randbereiche? - Welche kumulierte Wahrscheinlichkeit muss am rechten Intervallrand erreicht sein? - Übertrage den gefundenen Standardnormalwert anschließend mit \(x=\mu+z\sigma\) auf die Skala von \(X\).

1. Für ein symmetrisches Intervall mit Wahrscheinlichkeit \(p\) liegen in jedem Randbereich \(\frac{1-p}{2}\). Für den rechten Rand gilt daher \(\Phi(k)=\frac{1+p}{2}\), und die Intervallgrenzen sind \(\mu\pm k\sigma\). 2. Für \(p=0{,}683\) ist \(k=\Phi^{-1}(0{,}8415)\approx1{,}001\). Damit sind die Grenzen \(120\pm1{,}001\cdot15\approx104{,}99\) und \(135{,}01\). Gerundet ergibt sich \(I=[105{,}0;135{,}0]\). 3. Für \(p=0{,}950\) ist \(k=\Phi^{-1}(0{,}975)\approx1{,}960\). Damit sind die Grenzen \(120\pm1{,}960\cdot15\approx90{,}60\) und \(149{,}40\). Gerundet ergibt sich \(I=[90{,}6;149{,}4]\). 4. Für \(p=0{,}990\) ist \(k=\Phi^{-1}(0{,}995)\approx2{,}576\). Damit sind die Grenzen \(120\pm2{,}576\cdot15\approx81{,}36\) und \(158{,}64\). Gerundet ergibt sich \(I=[81{,}4;158{,}6]\).

a) \(I=[105{,}0;135{,}0]\) b) \(I=[90{,}6;149{,}4]\) c) \(I=[81{,}4;158{,}6]\)

- Vergleiche jeweils den Abstand einer Intervallgrenze von \(\mu\) mit der Standardabweichung \(\sigma\). - Ordne die symmetrischen Intervalle der \(1\sigma\)-, \(2\sigma\)- oder \(3\sigma\)-Regel zu. - Bei Teilaufgabe c) ist die Wahrscheinlichkeit außerhalb eines Sigma-Intervalls gesucht; nutze daher die Gegenwahrscheinlichkeit.

1. Das Intervall \(I_1\) reicht von \(\mu-\sigma\) bis \(\mu+\sigma\). Nach der \(1\sigma\)-Regel gilt daher \(P(X\in I_1)\approx0{,}683\). 2. Das Intervall \(I_2\) reicht von \(\mu-2\sigma\) bis \(\mu+2\sigma\). Nach der \(2\sigma\)-Regel gilt daher \(P(X\in I_2)\approx0{,}954\). 3. Eine Abweichung um mehr als \(0{,}06\,\text{mm}\) bedeutet, dass \(X\) außerhalb von \([\mu-3\sigma;\mu+3\sigma]\) liegt. Nach der \(3\sigma\)-Regel beträgt die Gegenwahrscheinlichkeit näherungsweise \(1-0{,}997\approx0{,}003\).

a) \(P(X\in I_1)\approx0{,}683\) b) \(P(X\in I_2)\approx0{,}954\) c) \(P(|X-\mu|>0{,}06\,\text{mm})\approx0{,}003\)

- Prüfe zuerst, ob das gegebene Intervall symmetrisch um den Erwartungswert liegt. - Überlege bei der einseitigen Wahrscheinlichkeit, welche rechte Grenze eines zentralen Sigma-Intervalls ungefähr \(97{,}7\,\%\) der Gesamtfläche links von sich hat. - Schreibe die jeweilige Grenze als \(\mu+k\sigma\) und löse anschließend nach \(\sigma\) auf.

1. Das Intervall \([220;280]\) liegt symmetrisch um \(\mu=250\) und hat den Radius \(30\). Die Wahrscheinlichkeit \(0{,}683\) entspricht der \(1\sigma\)-Regel. Daher ist \(\sigma=30\). 2. Nach der \(2\sigma\)-Regel liegen etwa \(95{,}4\,\%\) im zentralen Intervall. Zusammen mit der linken Randfläche von etwa \(2{,}3\,\%\) liegen somit etwa \(97{,}7\,\%\) links von \(\mu+2\sigma\). 3. Daher gilt \(274=250+2\sigma\). Aus \(24=2\sigma\) folgt \(\sigma=12\).

a) \(\sigma=30\) b) \(\sigma=12\)

- Ordne jede Wahrscheinlichkeit einer Grenze der \(1\sigma\)-, \(2\sigma\)- oder \(3\sigma\)-Umgebung zu. - Nutze die Symmetrie der Normalverteilung, um zentrale Wahrscheinlichkeiten auf die beiden Randbereiche aufzuteilen. - Prüfe bei Teilaufgabe b), welche Sigma-Grenze bereits durch die linke Intervallgrenze festgelegt ist. - Entscheide jeweils, ob \(c\) links oder rechts vom Erwartungswert liegen muss.

1. Die Wahrscheinlichkeit \(0{,}1585\) entspricht näherungsweise dem linken Randbereich unterhalb von \(\mu-\sigma\), denn \(0{,}5-0{,}683:2\approx0{,}1585\). Daher ist \(c=\mu-\sigma=36\). 2. Es gilt \(32=\mu-2\sigma\). Da das zentrale \(2\sigma\)-Intervall die Wahrscheinlichkeit \(0{,}954\) besitzt, muss \(c=\mu+2\sigma=48\) gelten. 3. Nach der \(3\sigma\)-Regel liegen etwa \(0{,}3\,\%\) außerhalb des zentralen Intervalls, also etwa \(0{,}15\,\%\) im rechten Rand. Daher ist \(c=\mu+3\sigma=52\).

a) \(c=36\) b) \(c=48\) c) \(c=52\)

- Skizziere die Glockenkurve und markiere, welche Teilflächen durch die angegebenen Wahrscheinlichkeiten beschrieben werden. - Nutze bei einseitigen Wahrscheinlichkeiten die Hälfte der zentralen Sigma-Fläche zusammen mit der linken Hälfte der Gesamtfläche. - Prüfe in Teilaufgabe c), welche Sigma-Grenze bereits durch \(140\) festgelegt ist und welche zusätzliche Teilfläche noch benötigt wird. - Entscheide jeweils, ob \(c\) links oder rechts von \(\mu\) liegen muss.

1. Die Wahrscheinlichkeit \(0{,}4985\) ist die Hälfte der zentralen \(3\sigma\)-Wahrscheinlichkeit. Da das Intervall bei \(\mu=150\) endet, ist \(c=\mu-3\sigma=150-30=120\). 2. Nach der \(1\sigma\)-Regel liegen etwa \(68{,}3\,\%\) zwischen \(\mu-\sigma\) und \(\mu+\sigma\). Daher liegen näherungsweise \(50\,\%+34{,}15\,\%\approx84{,}15\,\%\) links von \(\mu+\sigma\). Somit ist \(c=150+10=160\). 3. Es gilt \(140=\mu-\sigma\). Von \(\mu-\sigma\) bis \(\mu\) liegen etwa \(0{,}3415\), von \(\mu\) bis \(\mu+2\sigma\) etwa \(0{,}477\). Zusammen ergibt das \(0{,}8185\). Daher ist \(c=\mu+2\sigma=170\).

a) \(c=120\) b) \(c=160\) c) \(c=170\)

- Der Hochpunkt liefert die Symmetrieachse; der Abstand zu sichtbaren Wendestellen liefert eine Schätzung für \(\sigma\). - Verwende erst deine in a) bestimmten Parameter, um die Intervallgrenzen numerisch zu berechnen. - Für den einseitigen Randbereich in c) hilft die Symmetrie der beiden äußeren Restflächen.

1. Der Hochpunkt liegt bei \(x=4\), also ist \(\mu=4\). Der sichtbare Krümmungswechsel liegt ungefähr bei \(x=3\) und \(x=5\); daher ist \(\sigma\approx1\). 2. Die \(1\sigma\)-Umgebung ist damit näherungsweise \([3;5]\). Nach der \(1\sigma\)-Regel beträgt ihre Wahrscheinlichkeit ungefähr \(68{,}3\,\%\). 3. Die \(2\sigma\)-Umgebung ist näherungsweise \([2;6]\). Nach der \(2\sigma\)-Regel beträgt ihre Wahrscheinlichkeit ungefähr \(95{,}4\,\%\). 4. Es ist \(c=\mu+\sigma\approx5\). Rechts von \(\mu+\sigma\) liegt wegen der Symmetrie die Hälfte der Wahrscheinlichkeit außerhalb der \(1\sigma\)-Umgebung. Somit gilt \(P(X\ge c)\approx\frac{100\,\%-68{,}3\,\%}{2}\approx15{,}9\,\%\).

a) \(\mu=4\), \(\sigma\approx1\) b) \(1\sigma\)-Umgebung: ungefähr \([3;5]\), \(68{,}3\,\%\); \(2\sigma\)-Umgebung: ungefähr \([2;6]\), \(95{,}4\,\%\) c) \(c\approx5\), \(P(X\ge c)\approx15{,}9\,\%\)

- Drücke die angegebenen Füllmengen als \(\mu\pm k\sigma\) aus. - Welche zentrale Wahrscheinlichkeit gehört zur \(2\sigma\)-Umgebung? - Wie verteilt sich die Restwahrscheinlichkeit außerhalb eines symmetrischen Intervalls auf die beiden Seiten?

1. Die Grenzen in a) sind \(\mu-\sigma=495\,\text{mL}\) und \(\mu+\sigma=505\,\text{mL}\). Daher gilt nach der \(1\sigma\)-Regel \(P(495\le X\le505)\approx68{,}3\,\%\). 2. Es ist \(490=\mu-2\sigma\). Das Ereignis \(X<490\) ist damit der linke Randbereich außerhalb der \(2\sigma\)-Umgebung. 3. Außerhalb der \(2\sigma\)-Umgebung liegen nach der Sigma-Regel ungefähr \(100\,\%-95{,}4\,\%=4{,}6\,\%\). Wegen der Symmetrie entfällt die Hälfte auf die linke Seite, also \(P(X<490)\approx2{,}3\,\%<2{,}5\,\%\).

a) \([495;505]=[\mu-\sigma;\mu+\sigma]\); \(P(495\le X\le505)\approx68{,}3\,\%\) b) \(490=\mu-2\sigma\); \(P(X<490)\approx2{,}3\,\%\), also nach der Sigma-Regel unter \(2{,}5\,\%\).

- Achte besonders auf das Wort „exakt“ in Theos Behauptung. - Wie hängt die zentrale Wahrscheinlichkeit zwischen \(-2\) und \(2\) mit \(\Phi(2)\) zusammen? - Vergleiche den gerundeten Sigma-Regel-Wert mit einer genaueren Auswertung der Standardnormalverteilungsfunktion.

1. Die Sigma-Regeln liefern Näherungswerte; die Angabe \(95{,}4\,\%\) ist nicht exakt. 2. Mit der Standardnormalverteilungsfunktion gilt \(\Phi(2)\approx0{,}97725\). 3. Daher ist \(P(-2\le Z\le2)=2\Phi(2)-1\approx0{,}95450\). 4. Theos gerundete Werte sind als Näherungen brauchbar, aber die Behauptung „exakt“ ist falsch.

Theos Aussage ist falsch. \(\Phi(2)\approx0{,}97725\) \(P(-2\le Z\le2)\approx0{,}95450\) Die Sigma-Regel ist eine gerundete Faustregel, keine exakte Gleichheit.

- Formuliere die gegebene Abweichung als symmetrisches Intervall um den Mittelwert. - Welche kumulierte Wahrscheinlichkeit gehört zur rechten Grenze eines zentralen \(95\,\%\)-Intervalls? - Setze den zugehörigen Standardnormalwert in die standardisierte Intervallgrenze ein und löse nach \(\sigma\) auf.

1. Die Bedingung lautet \(P(988\le X\le1012)=0{,}95\). 2. Nach der Standardisierung gilt \(P\left(-\frac{12}{\sigma}\le Z\le\frac{12}{\sigma}\right)=0{,}95\). 3. Mit der Symmetrie folgt \(2\Phi\left(\frac{12}{\sigma}\right)-1=0{,}95\), also \(\Phi\left(\frac{12}{\sigma}\right)=0{,}975\). 4. Daher ist \(\frac{12}{\sigma}=\Phi^{-1}(0{,}975)\approx1{,}9600\) und somit \(\sigma\approx\frac{12}{1{,}9600}\,\text{g}\approx6{,}12\,\text{g}\).

\(\sigma\approx6{,}12\,\text{g}\)

- Vergleiche die gegebenen Wahrscheinlichkeiten mit den zentralen Flächen der \(1\sigma\)-, \(2\sigma\)- und \(3\sigma\)-Regel und mit den zugehörigen Randflächen. - Prüfe in Teilaufgabe a), ob die Intervallbreite zu einem ganzzahligen Vielfachen von \(\sigma\) passt. - Überlege in Teilaufgabe b), welcher Sigma-Grenze eine sehr kleine linke Randwahrscheinlichkeit entspricht. - Drücke die jeweilige Intervallgrenze anschließend als \(\mu\pm k\sigma\) aus.

1. Die Wahrscheinlichkeit \(0{,}4985\) ist näherungsweise die Hälfte der zentralen \(3\sigma\)-Wahrscheinlichkeit, denn \(0{,}997:2\approx0{,}4985\). Das Intervall \([900;1200]\) muss daher von \(\mu\) bis \(\mu+3\sigma\) oder von \(\mu-3\sigma\) bis \(\mu\) reichen. 2. Wegen \(3\sigma=300\) und der Intervallbreite \(300\) ist \(\mu\) eine der beiden Grenzen. Somit gilt \(\mu=900\) oder \(\mu=1200\). 3. Nach der \(3\sigma\)-Regel liegen etwa \(0{,}3\,\%\) außerhalb des zentralen Intervalls, also etwa \(0{,}15\,\%\) im linken Rand. Daher entspricht \(P(X\le551)\approx0{,}0015\) der Grenze \(\mu-3\sigma\). 4. Es gilt \(551=\mu-300\), also \(\mu=851\).

a) \(\mu=900\) oder \(\mu=1200\) b) \(\mu=851\)

- Wie berechnest du \(\mu\) und \(\sigma\) bei einer Binomialverteilung? - Welche ganzzahligen Grenzen hat die \(2\sigma\)-Umgebung? - Wie hängen die Anzahlen roter und blauer Kugeln bei insgesamt \(192\) Ziehungen zusammen?

1. Es gilt \(X\sim B(192,0{,}25)\), also \(\mu=192\cdot0{,}25=48\) und \(\sigma=\sqrt{192\cdot0{,}25\cdot0{,}75}=6\). 2. Die \(2\sigma\)-Umgebung ist \([36;60]\). Daher gilt \(P(36\le X\le60)=F(60)-F(35)\approx0{,}9632\). 3. Bei jeder Ziehung ergänzen sich die Anzahlen roter und blauer Kugeln zu \(192\). Das Intervall \(36\le X\le60\) entspricht deshalb genau \(132\le192-X\le156\), also der \(2\sigma\)-Umgebung um den Erwartungswert \(144\) der blauen Kugeln. Die Wahrscheinlichkeiten sind daher gleich.

1. \(\mu=48\), \(\sigma=6\) 2. \(0{,}9632\) 3. Die beiden \(2\sigma\)-Umgebungen entsprechen sich unter der Zuordnung \(k\mapsto192-k\) und haben deshalb dieselbe Wahrscheinlichkeit.