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22.2 Fehlerfortpflanzung, Standardabweichung


CC-BY-NC-SA 3.0

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Teilzwei ist wie das mit Standardabweichungfunktioniertwenn ich nichthierzu ein maximalFehler habe größte Fehler habe nicht ganz sicher sein kann in einem bestimmten Bereich zu landen stehen hierwerdenwirhier war ich mir sicher in einem bestimmten Bereich zu liegen bei der Standardabweichungbin ich mir sicher nicht mehr sicher ?? bestimmten Bereich zu liegen?? ich weiß noch die typischeStreuungdie typische Abweichungnicht mehr die maximaleder Muskeln anders angehennurdas Bildchen für Skript sieht dann so ausich kennevon Xden Mittelwertder ?? ist fünf Komma null sollte weiter perspektivisch malder Mittelwert von X ist fünf Komma nullaber nunwirklich kein größter Fehler mehr anderweitig derIntervallabgrenzungsein in dem Intervall nirgendwo sonstsondernich gebe eine Standardabweichungan was habe ich gesagt null Komma eins Standardabweichungheißt ich weißwo dieser Schrotschussein X werden ungefähr landen wirdamdas wäre der Erwartungswertund ich weiß wie breit dieser Schrotschuss ungefähr werden wir Twitter so oder wird erso breit werdendas gibt mir die Standardabweichungwas ist die typischeAbweichungvom Mittelwertdarüber kein sicheres Gebiet mehr ich kann nicht sagen oder sie kann sicher zwischenvier Komma null und sechs Komma null das kann ?? nicht mehr sagen es könnte auch sein das esextrem selten mal minus eins wird extrem selten angesehenwirdkann ich sagen wenn ich nur die Standardabweichunghabeich keine harten Grenzen gebenvon der Muster schon was anderes werden?? für die Praxis genauso angenommen ich wüsste es ist drei Komma null mit einer bestimmten Standardabweichunggeschriebenwarennull Komma zweivier drei Komma nullund Yauch ein Schrotschussmit einer Breite vonnull Komma zweistellig mit drei Komma null schon wieder im Wegekommt Y hin Citrix auch nicht schlechtsodas heißtjetzt liege ich hier in meiner X Y Ebenenicht mehr auf einemRechteck das Feuer eben schönwenn ich harte Fehlergrenzenhabe kann ich ein Rechteck angebenrichtige Gradienten im Rechtejetzt habe ich an wirklichen zweiten regionalen Schrotschusskann seindas immer fünf Komma eins zwei Komma neun rauskommtkann sein das hier vier Komma neun drei Komma eins rauskommtund so weiterdas ist alles was ich weißmeine Messwerte bildeneinen Schrotschussich weiß ?? Schrotschussdas Zentrumden ErwartungswertSchwerpunkt soll ich sagenmüssen ?? schwer Punktund ich weißnur nicht ob eine grobe Idee von der Breite von der bereits in dieser Richtung und von der Breite indieser Richtungnicht Akte ausgedehnt ist das in die Standardabweichungimmer von oben gucktihr dasKomma sind Skript hatte null Komma eins null Komma zwei mal von oben Punkt wird das so eine Ellipse werden aber natürlich keine gefühlte Ellipse sondernanals ob sie den Jäger bittenwir von unten mal schräg auf das Papier zuschießen dann haben sie eben diese sollte ein Schrotschusseinen länglich ausgedehnten Schrotschuss das entspricht anunserenMesswertenund die Frage ist nunwas für ein Schrotschuss glich einem Z werden darausMini für alle diese hier jetzt die BZ-Werteausrechnenals der fliegende Teppich hier eine Funktionso zu sagen hatwelche Höhen kommt tatsächlich vor das wird auf der Zeitachse ja auch wieder mit der sie projizieren auch wieder aussehen wie ein Trugschlusswas ist derMittelwertdas es einfach einfach die Funktionen fünf und dreianund wie weit ist der ausgedehnteRückstoßdas ist die spannende FrageGedankenstrich ?? bekamsoalso hier nicht wieder meine Funktionrüberzu zeichnen weil sie vornehöher ist als hintenrumund ich frage michecht was sind die Funktionswerteder zum Beispiel was die Funktionswertedie rauskommenwie sind diegestreutist das Breite und eine schmalerste Geschichte ist ausreichend wo denn jetzt der Schwerpunkt liegt ?? was ist der Erwartungswertmeiner Funktionsergebnissebei denen sich noch jemand ganz grob anStochastik aus dem letzten SemesterPunkt was ist der ErwartungswertmeinerFunktionsergebnisseich setze meineMesswerteZufallszahlendannaus Sicht derMathematikich setze diese Zufallszahlendie Funktion einund würde gerne wissenwas rauskommt Beistrich diese in strenger Schreiben die Funktionin die setze ichmeinenZufallsgrößenvöllig wirksame ZufallsgrößenX Zufallsgrößensollte das ?? und dann interessiert mich was passiert wenn ichzehn tausend maldie Fusion bestimme addiere durch den tausend Teile Mittelwert werde von zehn tausend davon tatsächlich hundert tausend mal das machen Millionen Maldann der Grenzwert Erwartungswertwenn ichdieses Experimentunendlich oft mache und mir dann angucke was der was im Mittel passiert bei dem Experimentdas wäre die Idee vom Erwartungswertundokaywenn ich wieder die Annahme machen darfwenn ich wieder die Annahme machen darf dass ich die Funktion durch die dann soziale Ebene ersetzen kanndennwenn sich also die Funktion nicht zu stark von der damit sein Leben weg unddann schreibe ich doch jetzt einfach maldie Tangentialebenehindas hatten wir eben schon was sie damit Ebene war das ist nämlichein halb plus ein Zehntel mal wie weit ich mit X von fünf weg bin minus dreizehnte wie weit ich mit Y von dreißig bin das Soziallebenalso ein halbmein Gedächtnisein Zehntel plus ja plus ein Segeltörnplus ein Zehntel malX ja ZufallsgrößenGroßbuchstabenminus fünfminus dreizehnMalYminusdreiwenn ich meine Funktion F ganz dreist lange Zeitebene ersetzen kannund frage ich mich ob jeder ErwartungswerthiervonErwartungswertvon Xsoll laut Skriptfünf sein?? Weisealso wenn sie X drei Millionen Mal Messen addieren und durch drei Millionen Teilen sollen sie ziemlich genau fünf rauskriegenErwartungswertvon Y soll laut Skriptdrei sein Dessert wir gerade fünf und die dreiwas passiert wenn sie jetzt den ErwartungswertBillErwartungswerteiner Summe ist die Summe der Erwartungswertean das heißt es muss sein Erwartungswertvon ein halbZollwelchen Wert hat ein halb typischerweisefünf Tage plusder Erwartungswertvon ein ZehntelmalX minus fünfmi jedochwahrscheinlich der minus schonder schottische minusder Erwartungswertvon dreizehnteMalYminus dreiauseinander nehmenmit in der war den man den Erwartungswert als integral schreibt oder zum anderen sieht man es sowieso dass man diese Integral diese Summe auseinandernehmenaber das mussauch sowieso passierensonst hätte ErwartungswertVerständnisproblemErwartungswert von ein halb sehr spannend wie groß ist eine Größe geständig ein halb ist im Mittel natürlich ein halbwenn sie den Erwartungswertvonvom Zehntel von irgendwas bildensie bilden nicht den Mittelwert von dem Ding sondern sie bildendie Mittelwert vonein Zehntel von dem Ding kommt natürlich nur ein Zehntel davon aus das hier ist ein Zehntel vom Erwartungswertvonder Messung von X minus fünfund das hier hinten ist dann natürlich dreizehntevom Erwartungswertvon der Messung von Y minus dreiist erim selben Grundewie eben kann ich den hier zerlegen auch bei der Subtraktionder Erwartungswertvon Xminus Erwartungswert von fünf groß S fünf Mittelfünftes fünf Mittelhabensich dann sollte man sehen okay das ist ja null LeertasteErwartungswert von X minus fünf der weitere Weg wird von X fünf als das hier ist nullhätte man hier schon sehen könnenXschwanktum den Schwerpunkt fünfund dir frage ich michdann wie weit ist X denn im Mittelvon seinem Schwerpunkt fünf weg wenn die Abweichung nach oben positiv nehmen Abweichung nach unten negativ das muss ich weg mit dem es muss im Mittel so weit nach oben gehen bis nach unten geht das mit der Schwerpunkt das muss Null sein ?? aus dem selben Grund ist das hier nulldas bleibt ein halbkeine große Überraschungalso als Mittelwertfür die Funktionswertenehme ich die Funktion von den Mittelwertendas bei der ein halb an der Stellefünf ?? eine Funktion an der Stelle fünf drei hat ein halb gegebendass hierbei der Funktionswertan der Stelle fünf drei suche ich denMittelwert?? ich weiß ziemlich einfach auf welcher Höhe hier der Schwerpunktnimm einfach den Schwerpunkt da den Schwerpunkt hier und rechnen die Funktion aus?? vorausgesetztdass ich die Funktion durch ihreInitialenebeneist das eigentlich klarlange Zeitebene gibtgenauso viele Werte darüberwieder drunternatürlich nehme ich den Wert in der Mittevon diesem Fleckentabden mittleren Wertnicht ?? genauso wieder drunter wieder drüber sondern auch genauso weit entfernt überhaupt der Hilfs genauso weit oben wiederundokaydamit den Erwartungswertwas ist das mittlere was ich erwarteder Name sagtalle nur schwieriger ist die Streuunganunser Schrotschuss den ich auf der Zeitachse rauskriege diese verschiedenen Höhen die jetzt alle rauskommenwie weit sind die gestreutdie bereit ist diese Verteilung die hierrauskommtdas gingmit der Standardabweichungund mit der Varianznunich?? mal so rum an die erste Zeitstellung Skriptwas istfolgendesdie Funktioneines Anfang ??ich nehme die Funktion von X und Y schreibe jetzt nicht immer zu lang die Funktion wie sie ist siehe da von den Erwartungswertab ein halb jetzt schondas istdie weiße Funktion schwankt nach oben und nach unten plus minus wie weit schwankt die Funktionum das Mittelböswillig davon hat Mittelwert bilden wenn sie hiervon jetzt direkt den Mittelwert bildensie was raushier frage ich mich wie weit schwankt die Funktionum das Mittel mit Vorzeichenwenn die Funktion größer wird als der Mittelwertpositiv in die Funktionkleiner wird als der Mittelwertnegativ das und das addiert sich wieder zu null das Mittel sich zu Null Weg die ganze Reiter mit den Regeln von eben ausrechnen das hier ist Erwartungswertvon FWartungswert von elf minus Erwartungswert vom Erwartungswert vom FErwartungswert von Erwartungswert von Fder Wartung wird vom Erwartungswert ist natürlich der nackte Erwartungswertmacht nulldas Ding wäre null das wärenicht so geschicktum die Streuung zu messenPatrick hat letztes Semester zählt ist das zu Quadrierendass das was innen drin stehtnicht negativ werden kann jetzt kann sich das nicht mehr Weg heben in den Städten oder was Positivesder Abstandvom Mittelwertsquartierwird nicht negativ und kann sich deshalb nicht wieder weggebenund davon das Mittelist es aber die falsche Einheit als Quadrat ist das ist die Standardabweichungins QuadratsstandardabweichungManns Ergebnisse schaltet Sigma kein Sigma erfassbardie Varianz steht hier was hier steht die Varianzüber ein ganzes StandardabweichungQuadratdiemittlereAbweichungandersrum die mittlere quadratischeAbweichung vermittelt Reservisten auch die mittlere quadratischeAbweichung vom Mittelsystemvarianzsind von den Einheiten ja wenn F in Metern ist der Michel Quadratmeterdrindas ist das Quadrat der typischenStreuungder Standardabweichungeines Ergebnissespersönlich ausrechnenmit der Tangenten geradeanund ?? es einfachformelmäßigeinsetzendas ist also folgendes die tangentialgerade warein halbetwas auswendig plus ein ZehntelX minus fünfminus drei zehntelYminus dreidass man die Werte auf der tangential gerade minus Erwartungswert immer schon ein halb ausgerechnetQuadrierenKlammer zu dieses Quadrat istPunktich gucke denFunktionswertauf der Tangentialebenenachsiehe den Erwartungswert abdas bleibt überso weit sind ??hier steht ein Quadratdas kann ich einfach mitbinomisch auseinandernehmendas ist also der Erwartungswertvoneins durch?? tatsächlich so aus ein hundert zu den ersten ins QuadratX minus fünfins Quadratkommt zwei ABzweimal ein Zehntel mal drei zehntelminussechs hundertste sind das dann ja minus sechs Hundertstel minus zwei mal dreizehntem ein Zehntel malX minus drei X minus fünfMal Yminus dreiwird und der hinten noch ins Quadrat plus neun Hundertstel?? Y minus dreiinsGraddas war jetzt nurbinomisch bestehtein Ding minus anders Ding ins Quadrateinfach auseinandergenommenokayhier vorne stehtein Hundertstelmalmit klarmittlere quadratischeAbweichungvonXvon fünfwas ist im Mitteldas Quadratvon X minus fünfMittel das Quadrat wenigstens fünf fünf ist der Mittelwert Erwartungswertsoll ich sagen fünf ist Erwartungswert von X hier steht nichts anderes als die Varianzvon Xum sich das Jan was die Varianz vonF wardas Ding minus sein ErwartungswertQuadrat Erwartungswertdas Ding minus sein ErwartungswertQuadrat Erwartungswerthiernicht ein hundertste raus hier steht die Varianz von Xhier hintensteht die Varianz von Yund den hier muss man diskutierenin der Mittesechs hundertstetatsächlich mal aus minus sechs Hundertstelmal den ErwartungswertvonX minus fünfMalYminus dreiich möchte wissen was das im MittelwertX minus fünf Folie ist die fünf und da ist die dreiX YArmX istmalgrößerals die fünfY mal größer als die drei dann bin ich dadann ist dieses ProduktpositivX ist auch mal kleiner als die fünf?? weichtweiterhin größer als die dreidann bin ich hierdann dieses Produkt negativX minus fünf bis negativ Y Mindestpreis positivBeistrich hier wäreOroX kleiner als fünf und Ykleiner als drei Gewährsprodukt wieder positive soll ich mal einmal etwas positiv da was positiv jeweils negativund hier ist zwar schon wieder negativX größer als fünf Y kleiner als drei der wird positiv der wird negativrein aus dem Bauch herausmit jetzt von dieser Größe die da positiv da positiv da negativ dann negativwenn sie davon den Erwartungswertbilden was wird passierentypischerweisewerden die sich auf eben diese Plus und dieses Plus werden sich mit dem minus und dem typischerweiseaufhebennicht immerstellen sich vordass diese Fälle nie eintretenstellen sich vor das Ximmer größer als fünf ist genau dann wenn Y größer als drei ist das diese beiden Größenstark miteinander zusammenhängenstark korrelierendas ihm auf diesem den Kindern wird das Ergebnis immer positiv sein oder stellen sich vor dass es genau falsch rum ist das wenn X immer größer als fünf istYwin XP über das Web ist das Y dann zwangsläufigkleiner ist als drei das nun?? und ihr Ding genauso das nur diese beiden vorkommen aber diese nicht in Bertelsmann negativauf den in der Weltalles so fusioniert wie es funktionieren soll wird sich das hierweggebenin der Mitte wird nur stehendes wir nicht zwangsläufig passieren?? es muss sichergestellt sein das dieses X und das Ynicht so gut zusammen spielen dass sie nicht immer nur so liegenoder immer nur so liegenmüssen sichergestellt sein dass sieIPs verstreut liegen X und Y dritte null rauskommen die offizielle Bezeichnung dafür ist unkommentiertX und Y müssen unkorrigiertseinund mich fragen was heißt das eilig mathematisch das heißt genau das das hier null istnicht anderesdas hier heißt X und YX und Y sindunkorrigiertihre Korrelation ist nullwenn sie zweiunabhängige Zufallsgrößenhaben sie nehmen ein Würfelwürfein den Knochenwürfel und würfelndann sind die beidenunkommentiertmuss aufpassen bei Sachen die auseinander berechnet sindErwin hier die Position steht und das Quadrat der Positionetwas schief ging es wahrscheinlichwirdalso wenn diese beiden korrigiert sind Pflicht der in der Mitte raus und ich hab die übliche Formeles hat zu tun mit der Varianz von X mit der Varianz von Y hier davor sehen sie das Quadratder partiellen Ableitungen X und hier sind das Quadrat der partiellen Ableitung nach Ydann sind wir bei der?? guckenüblichen FormelndieStandardabweichungerst mal für Nummer acht jetzt mal ganz konkret in diesem Fall die Standardabweichungwäre jetzt eher die Wurzelaus demWurzel hieraus das war die Varianz ich ziehe die Wurzel des Weges auf die Wurzel aus ein hundertstedie Varianz in Xein tausend Sigma soplus neun Hundertsteldie VarianzYund die allgemeineRegel für die Standardabweichungist dann offensichtlichdie Standardabweichungdes ErgebnissesistWurzelhier stehtdie Ableitungpartiell nach X ins Quadratmöchte sie mit X und Y nur geschriebenen soll ich das so beibehaltenBeistrich dass sie Ärger beginnen Beistrich sobaldX null Y null am ErwartungswertZellableitungsquadratder die ein hundert leer mal Varianz von X pluspartielle Ableitung ins Quadratnach YnachQuadratAnstrichezur Druckeinheit dahinter schreibensodas ist die Vermittlungsformennatürlich geht das mit mehreren Variablen genau zensiert sie die dritte habendie partielle Ableitung nach der dritten ins Quadratmal denweil die Varianz der drittenanwichtig sind die Randbedingungendie in den Formelsammlungennicht stehensollte Kommaausdrücklich Ansagen eben bei dem größten Fehler war der größte Fehler eben bei den größten Fehlerdiese Formelkann ich dann anwendenwenn ich die Funktion durch die Tangentialebenenähern kannohne das große Fehler auftretenhier habe ich zweiRandbemerkungenzu machen erstens muss das wieder funktionierte sie die Funktion durch die initiale Ebene ersetzezweitensmüssen meineMessgrößen X und Y unkorrigiertseinund sich mit der Term in der Mitte nicht rausalso streng genommen müssten sie bevor sie dieses Tun immer zwei Sachen prüfen auch das hin mit der Ebene statt der Funktion und sie müssen prüfenob X und Y tatsächlichmit X Koordinate und die Koordinate eines Schrotschussesnichts miteinander zu tun haben und die unkontrolliertwo man das nicht geprüft hat kann man eigentlich nicht dieseFormel anwendenmacht man gerne man davon ausgeht dass die typischen Messgrößen unkorreliertsindArmist abernicht ganz sichermit Einheitendann passiert folgendesdas hier rauskommtdas Quadrateiner Schwankungdes Funktionswertbesser die Einheit des Fusionswert ins Quadrathier stehtdie Ableitungder Funktion nach Xins Quadratwas da eigentlich dann rauskommt wenn ich mit Einheitenrechnerist die Einheit von F ins Quadratdurch die Einheit von X ins Quadratmal die Einheit von X ins Quadrat und dann bin ich wieder tatsächlich bei der Einheit von Events QuadratVorsicht beim Rechnen mit Einheiten es haben nicht nur dieStandardabweichungendann Einheitenins Quadrat dann jeweils sondern auch für diepartiellen Ableitungenins Quadrat die kriegen natürlich auchEinheiten im Zweifelsfallund dann hauptsächlich in das berücksichtigt