Stochastik

Stochastik (von griechisch Vorlage:Polytonisch: „das Vermutete“) als ein Teilgebiet der Mathematik ist die Lehre der Häufigkeit und Wahrscheinlichkeit. Sie ist ein verhältnismäßig junger Teilbereich der Mathematik, zu dem im weiteren Sinne auch die Kombinatorik, die Wahrscheinlichkeitstheorie und die mathematische Statistik gehören. Die historischen Aspekte werden im Artikel Geschichte der Wahrscheinlichkeitsrechnung dargestellt.

Überblick

Der Begriff Stochastik stammt aus dem Griechischen und heißt soviel wie „Kunst des Mutmaßens“. Mathematische Stochastik ist die Beschreibung und Untersuchung von:

Zufallsexperimenten (zum Beispiel Würfeln, Münzwurf und deren Ausgang (Ereignis)),
zeitlichen Entwicklungen bzw.
räumlichen Strukturen,

die vom Zufall beeinflusst werden.

Solche Ereignisse, Entwicklungen bzw. Strukturen werden oft durch Daten dokumentiert, für deren Analyse die Statistik geeignete Methoden bereitstellt.

Mit Hilfe der Stochastik kann man etwa die Wahrscheinlichkeit für Lottogewinne berechnen oder die Größe des möglichen Fehlers bei Meinungsumfragen bestimmen.

Die Stochastik ist auch für die Finanzmathematik von Bedeutung und hilft mit ihrer Methodik beispielsweise bei der Preisfindung für Optionen.

Wichtige Begriffe

Die Prognose ist dabei

ein Maß für die Unsicherheit zukünftiger Ereignisse,
ein Maß für den Grad an persönlicher Überzeugung (Bayesscher Wahrscheinlichkeitsbegriff), also letztlich eine Erweiterung der Aussagenlogik.
ein Maß für die Unsinnnigkeit dre Mathematik. ( Meinscher Wahrschienlichkeitsbegriff), also letztendlich eine Pontistik.

Wahrscheinlichkeiten werden mit dem Buchstaben „P“ (von frz. probabilité, eingeführt von Laplace) oder „W“ dargestellt.

Wahrscheinlichkeiten tragen keine Einheit, sondern sind Zahlen zwischen Null und Eins, wobei Null und Eins zulässige Wahrscheinlichkeiten sind. Deshalb können sie als Prozentangaben (20 %), Dezimalzahlen (0,2), Brüche (2/10) oder Trefferquote (2 von 10, oder auch 2 zu 8) angegeben werden.

Nur in dem Fall, dass es nur abzählbar viele mögliche Versuchsausgänge des Zufallsexperiments gibt, gilt folgende Aussage: Ein Ereignis mit der Wahrscheinlichkeit 0 kann als unmöglich, eines mit Wahrscheinlichkeit 1 als sicher interpretiert werden.

Führt man ein Zufallsexperiment mehrmals hintereinander durch, so kann die relative Häufigkeit eines Ereignisses errechnet werden, indem man die absolute Häufigkeit, also die Anzahl geglückter Versuche, durch die Anzahl der unternommenen Versuche dividiert. Für eine unendliche Anzahl von Versuchen geht diese relative Häufigkeit in die Wahrscheinlichkeit über; die in der Praxis oft vorgenommene Gleichsetzung von relativer Häufigkeit mit Wahrscheinlichkeit nach nur endlich vielen Versuchen ist gefährlich, da sie für Verwechslungen und Fehlschlüsse sorgt.

Integritätsbedingungen

$P(\Omega )=1\,$ . Die Wahrscheinlichkeit des Ereignisses, das alle möglichen Versuchsausgänge umfasst, ist 1.
$P(\emptyset )=0$ . Die Wahrscheinlichkeit eines unmöglichen Ereignisses ist 0.
$0\leq P(A)\leq 1$ . Alle Wahrscheinlichkeiten liegen zwischen Null und Eins.
$P({\bar {A}})=1-P(A)$ . Die Wahrscheinlichkeit des Eintretens eines Ereignisses und die seines Nichteintretens addieren sich zu Eins.
$\sum _{i=1}^{n}P(A_{i})=1$ . In einem vollständigen System von Ereignissen $A_{i}$ (hierfür müssen alle $A_{i}$ paarweise disjunkt sein und ihre Vereinigungsmenge gleich $\Omega$ sein) ist die Summe der Wahrscheinlichkeiten gleich 1.

Einfache Beispiele

Die Wahrscheinlichkeit, bei einem Münzwurf das Wappen zu bekommen, beträgt beim ehrlichen Wurf einer Münze 0,5 (wenn man ausschließt, dass die Münze auf dem Rand stehenbleiben kann)
Die Wahrscheinlichkeit, mit einem idealen Würfel (Laplace-Würfel) eine Vier zu würfeln, beträgt 1/6 = 0,16666...

Unmögliche Ereignisse

Dass einem Ereignis die Wahrscheinlichkeit Null zugeordnet wird, heißt nicht, dass dessen Eintritt prinzipiell unmöglich ist.

Dies wird durch folgendes Beispiel veranschaulicht: In einem Zufallsexperiment wird eine beliebige reelle Zahl zwischen 0 und 1 gezogen. Es wird davon ausgegangen, dass jede Zahl gleichwahrscheinlich sei – es wird also die Gleichverteilung auf dem Intervall $[0,1]$ vorausgesetzt. Dann ist, da es in dem Intervall unendlich viele Zahlen gibt, für jede einzelne Zahl aus dem Intervall die Eintrittswahrscheinlichkeit gleich Null, dennoch ist jede Zahl aus $[0,1]$ als Ziehungsergebnis möglich.

Ein unmögliches Ereignis ist im Rahmen dieses Beispiels etwa die Ziehung der 2, also das Elementarereignis $\{2\}$ .

Begriffe aus der Stochastik

Bereiche der Stochastik

Beispiele

Teilungsproblem
Ziegenproblem, auch als „Drei-Türen-Problem“ bekannt.

Siehe auch

Sir David Cox – Vorreiter der Stochastik

Weblinks

Wiktionary: Stochastik – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen