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Berechnen von Wahrscheinlichkeiten · Erklären & üben

Vierfeldertafel

Eine Vierfeldertafel ordnet Fälle nach zwei Ja-Nein-Merkmalen. Innere Felder zeigen Schnittmengen, die Ränder zeigen Summen. So bleiben die Bezugsgruppen sichtbar.

Erklärung 01

Vier innere Felder und die Ränder

Jeder Fall gehört genau in ein inneres Feld. Die Zeilen unterscheiden B und nicht B; die Spalten A und nicht A. Randsummen zählen jeweils ein Merkmal, die Gesamtsumme zählt alle Fälle.

  1. Ordne die beiden Merkmale den Zeilen und Spalten zu.

  2. Ergänze jede Randzahl als Summe; fehlende Zellen erhältst du durch Subtraktion.

H(A)=H(A∩B)+H(A∩B‾)\mathsf{H(A)=H(A\cap B)+H(A\cap\overline B)}

Vollständige absolute Tafel mit Gesamtzahl 100 und inneren Feldern 30,20,15,35.

So geht es am Beispiel

Von 100 Personen erfüllen 30 beide Merkmale A und B. Insgesamt erfüllen 50 das Merkmal B und 45 das Merkmal A. Ergänze die übrigen inneren Felder.

Nur B ergibt sich aus der B-Zeilensumme.

50−30=20\mathsf{50-30=20}

Nur A ergibt sich aus der A-Spaltensumme.

45−30=15\mathsf{45-30=15}

Die verbleibenden Personen erfüllen keines der Merkmale.

100−30−20−15=35\mathsf{100-30-20-15=35}

Ergebnis

Nur B: 20; nur A: 15; keines: 35.

Erklärung 02

Von Anzahlen zu Anteilen

Eine relative Vierfeldertafel entsteht, indem du jede Anzahl durch dieselbe positive Gesamtzahl teilst. Die Gesamtsumme ist dann eins beziehungsweise 100 Prozent. Die innere Zelle bleibt ein Anteil an allen Fällen.

  1. Teile jede innere Zelle und jeden Rand durch die Gesamtzahl.

  2. Prüfe die Zeilen- und Spaltensummen.

h(A∩B)=H(A∩B)n,n>0\mathsf{h(A\cap B)=\frac{H(A\cap B)}{n},\quad n>0}

Zugehörige relative Tafel; Gesamtsumme eins.

So geht es am Beispiel

Wandle die Tafel mit inneren Feldern 30, 20, 15 und 35 bei insgesamt 100 Personen in relative Häufigkeiten um.

Teile jede Anzahl durch 100.

30100=0,30,20100=0,20\mathsf{\frac{30}{100}=0{,}30,\quad\frac{20}{100}=0{,}20}
15100=0,15,35100=0,35\mathsf{\frac{15}{100}=0{,}15,\quad\frac{35}{100}=0{,}35}

Die Summe aller vier Anteile ist eins.

0,30+0,20+0,15+0,35=1\mathsf{0{,}30+0{,}20+0{,}15+0{,}35=1}

Ergebnis

Die inneren Anteile lauten 0,30; 0,20; 0,15; 0,35.

Erklärung 03

Ein anderer Nenner für eine Bedingung

Für A unter der Bedingung B teilst du die gemeinsame Zelle durch die positive B-Randzahl. Die gesamte Gruppe ist dann nicht mehr der Nenner. Für Unabhängigkeit kannst du die gemeinsame Wahrscheinlichkeit mit dem Produkt der beiden Randwahrscheinlichkeiten vergleichen.

  1. Lies die Schnittzelle und die zur Bedingung gehörende Randzahl ab.

  2. Teile erst danach; verwechsle bedingte und gemeinsame Wahrscheinlichkeit nicht.

P(A∣B)=P(A∩B)P(B),P(B)>0\mathsf{P(A\mid B)=\frac{P(A\cap B)}{P(B)},\quad P(B)>0}

Auf B eingeschränkte Gruppe, A-Anteil 30 von 50, also 0,6.

So geht es am Beispiel

Eine Person wird gleich wahrscheinlich aus der Gruppe der Tafel gewählt. Berechne A unter B und vergleiche mit A insgesamt.

Innerhalb von B liegen 30 A-Fälle unter 50 Personen.

P(A∣B)=3050=0,6\mathsf{P(A\mid B)=\frac{30}{50}=0{,}6}

In der Gesamtgruppe erfüllen 45 von 100 Personen A.

P(A)=45100=0,45\mathsf{P(A)=\frac{45}{100}=0{,}45}

Ergebnis

0,6 ist verschieden von 0,45; die beiden Merkmale sind bei dieser Auswahl nicht unabhängig.

Jetzt bist du dran

Aufgaben & Lösungen

Rechne zuerst selbst. Nutze den Platz für deinen Rechenweg und vergleiche anschließend mit der Lösung.

  1. Aufgabe 1Vierfeldertafel · basisIn einer Tafel stehen in der B-Zeile 12 für A und 8 für nicht A. Bestimme die B-Randsumme.Aufgabe öffnenAufgabe einklappen
    Lösung & Rechenweg

    Rechenweg

    1. Schritt 1 · Rechnung / Rechenweg

      Addiere die beiden disjunkten Teilgruppen.

      H(B)=12+8=20\mathsf{H(B)=12+8=20}

    Ergebnis

    1. B-Randsumme20
  2. Aufgabe 2Vierfeldertafel · basisBei insgesamt 80 Fällen erfüllen 18 beide Merkmale. Insgesamt erfüllen 30 das Merkmal B und 40 das Merkmal A. Berechne „nur B“, „nur A“ und „keines“.Aufgabe öffnenAufgabe einklappen
    Lösung & Rechenweg

    Rechenweg

    1. Schritt 1 · Rechnung / Rechenweg

      Nur B:

      30−18=12\mathsf{30-18=12}
    2. Schritt 2 · Rechnung / Rechenweg

      Nur A:

      40−18=22\mathsf{40-18=22}
    3. Schritt 3 · Rechnung / Rechenweg

      Keines:

      80−18−12−22=28\mathsf{80-18-12-22=28}

    Ergebnisse & Teilantworten

    1. Nur B12
    2. Nur A22
    3. Keines28
  3. Aufgabe 3Vierfeldertafel · sichernEine absolute Tafel hat inneren Inhalt 12, 8, 18 und 12 bei insgesamt 50 Fällen. Gib die vier relativen Häufigkeiten in derselben Reihenfolge an.Aufgabe öffnenAufgabe einklappen
    Lösung & Rechenweg

    Rechenweg

    1. Schritt 1 · Rechnung / Rechenweg

      Teile jede Anzahl durch die Gesamtzahl 50.

      12/50=0,24\mathsf{12/50=0{,}24}
      8/50=0,16\mathsf{8/50=0{,}16}
      18/50=0,36\mathsf{18/50=0{,}36}
      12/50=0,24\mathsf{12/50=0{,}24}

    Ergebnisse & Teilantworten

    1. Erstes Feld0,24\mathsf{0{,}24}
    2. Zweites Feld0,16\mathsf{0{,}16}
    3. Drittes Feld0,36\mathsf{0{,}36}
    4. Viertes Feld0,24\mathsf{0{,}24}
  4. Aufgabe 4Vierfeldertafel · anwendenErgänze alle fehlenden inneren Felder und Randzahlen in der Vorlage. Die Gesamtzahl ist 60. Prüfe danach beide Arten von Randsummen.Aufgabe öffnenAufgabe einklappen

    Zeichnung

    Vorbereitete Vierfeldertafel mit vorgegebenen Angaben 18,24,30,60 und leeren Ergänzungsfeldern.

    Du kannst auf Papier arbeiten oder deine Zeichnung in Worten beschreiben.

    Lösung & Rechenweg

    Rechenweg

    1. Schritt 1 · Erklärung

      Die gemeinsame Zelle ist 18; die B-Zeile hat Summe 24. Daher nur B:

      24−18=6\mathsf{24-18=6}
    2. Schritt 2 · Erklärung

      Die A-Spalte hat Summe 30. Daher nur A:

      30−18=12\mathsf{30-18=12}
    3. Schritt 3 · Erklärung

      Keines:

      60−18−6−12=24\mathsf{60-18-6-12=24}
    4. Schritt 4 · Erklärung

      Die übrigen Randsummen sind 36 für nicht B und 30 für nicht A.

    Ergebnisse & Teilantworten

    1. ZeichnungSiehe die exakt passende geschützte Musterzeichnung.
    2. KontrolleBeide Spalten ergeben 30; die Zeilen ergeben 24 und 36; insgesamt 60.
  5. Aufgabe 5Vierfeldertafel · vertiefenAus der ausgefüllten Tafel der Aufgabe 4 wird ein Fall gleich wahrscheinlich gewählt. Berechne A unter B sowie B unter A.Aufgabe öffnenAufgabe einklappen
    Lösung & Rechenweg

    Rechenweg

    1. Schritt 1 · Rechnung / Rechenweg

      Für die Bedingung B ist der Nenner 24.

      P(A∣B)=18/24=3/4\mathsf{P(A\mid B)=18/24=3/4}
    2. Schritt 2 · Rechnung / Rechenweg

      Für die Bedingung A ist der Nenner 30.

      P(B∣A)=18/30=3/5\mathsf{P(B\mid A)=18/30=3/5}

    Ergebnisse & Teilantworten

    1. A unter B3/4=75 %\mathsf{3/4=75\,\%}
    2. B unter A3/5=60 %\mathsf{3/5=60\,\%}
  6. Aufgabe 6Vierfeldertafel · transferEine relative Tafel hat in der B-Zeile 0,12 und 0,18, in der Nicht-B-Zeile 0,28 und 0,42; die A-Spalte steht jeweils zuerst. Prüfe, ob A und B unabhängig sind.Aufgabe öffnenAufgabe einklappen
    Lösung & Rechenweg

    Rechenweg

    1. Schritt 1 · Rechnung / Rechenweg

      Die Randwahrscheinlichkeiten sind:

      P(A)=0,12+0,28=0,4\mathsf{P(A)=0{,}12+0{,}28=0{,}4}
      P(B)=0,12+0,18=0,3\mathsf{P(B)=0{,}12+0{,}18=0{,}3}
    2. Schritt 2 · Rechnung / Rechenweg

      Vergleiche die Schnittzelle mit dem Produkt.

      P(A)P(B)=0,4⋅0,3=0,12=P(A∩B)\mathsf{P(A)P(B)=0{,}4\cdot0{,}3=0{,}12=P(A\cap B)}

    Ergebnis

    1. UrteilA und B sind unabhängig, weil die Schnittwahrscheinlichkeit dem Produkt der Randwahrscheinlichkeiten entspricht.

Selbstcheck

Das kann ich jetzt

  • Ich ergänze eine Vierfeldertafel durch Zeilen- und Spaltensummen.
  • Ich unterscheide absolute und relative Häufigkeiten.
  • Ich wähle für bedingte Wahrscheinlichkeiten die passende Randzahl.

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