Normalverteilung für positiv-reellzahlige Zufallsgröße

Aufrufe: 86     Aktiv: 07.04.2025 um 05:48

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Liebe Forum,
ich habe eine Frage, auf die ich bislang keine Antwort erhalten habe, die mich überzeugt hätte.

Zunächst zu einem Beispiel. X sei die Körpergröße von Frauen in einem Land. X ist normalverteilt mit Erwartungswert 166cm und Standardabweichung 6,4 cm.

Nun zu meiner Frage. Möchte man z.B. P(X<=170cm) berechnen, so berechnet man lt. Lehrwerk das Integral auf dem Intervall (-unendlich;170). Nun ist es ja aber so, dass die Zufallsgröße keine negativen Werte annehmen kann und ! die Fläche unter der Dichtefunktion im negativen Bereich der reellen Zahlen ohnehin verschwindend gering ist.

Wäre es nun nicht legitim zu sagen (auch wenn das Modell der Verteilung eigentlich immer bei "- unendlich" startet) wir bilden das Integral von 0 bis 170?

Bislang fand ich alle Argumente dagegen ehrlich gesagt nicht überzeugen - wie ist eure Meinung dazu?

Danke und beste Grüße
Handfeger0
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Hallo Handfeger0,

aus meiner Sicht verweist du zunächst einmal zurecht darauf, dass die vorliegende Modellierung mit Normalverteilungsannahme Abweichungen zur Realität, die modelliert werden soll, hat, und somit im Sachzusammenhang eher approximativ und nicht wörtlich zu verstehen ist.

Damit kann man nun aus meiner Sicht auf zwei alternative Weisen sinnvoll umgehen:
1. Man akzeptiert die Ungenauigkeiten und arbeitet trotzdem mit diesem Modell.
2. Man verbessert das Modell.

Entscheidet man sich für 1., kommt man zur Lösung aus dem Lehrwerk und deine Lösung wäre falsch (insbesondere kann die Zufallsgröße X aus dem Modell sehr wohl mit positiver Wahrscheinlichkeit negative Werte annehmen).

Aus meiner Sicht rechtfertigt auch der Ansatz 2. nicht dein Vorgehen aus folgenden Gründen:
(a) Du gibst gar kein verbessertes Modell an, sondern weichst einfach von der zu Beginn gewählten Modellierung ab.
(b) Ein verbessertes Modell würde sehr kleine Werte für X (z.B. negative Werte) wohl eher durch nicht ganz so kleine Werte für X ersetzen, aber sicherlich nicht durch Werte >170, wie du es implizit zu tun scheinst. Das erscheint mir eine willkürliche Änderung der Vorgabe aus der Aufgabenstellung zu sein, mit der du vermutlich den Erwartungswert gegenüber der Aufgabenstellung erhöhst.

Ist deine Lösung zumindest als Näherungslösung akzeptabel? In der Praxis wohl ja, da der Unterschied verschwindend gering ist. Aber warum eine Näherungslösung, die ohnehin nicht einfacher ist als die im in der Aufgabenstellung vorgegebenen Modell exaktere Lösung aus dem Lehrwerk?

Viele Grüße
Tobias
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Das Problem lässt sich doch ganz leicht beheben: 

Da aus dem Sachkontext hervorgeht, dass \(X\geq 0\) gilt, ist es unsinnig, \(P(X\leq 170)\) zu berechnen. Sinnvoller wäre es also ohnehin, lediglich \(P(0\leq X\leq 170)\) berechnen zu wollen. 

Des Weiteren ist bereits \(P(X\leq 100)=0\) mit doppelter Genauigkeit nach IEEE 754 Standard. 
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"Da aus dem Sachkontext hervorgeht, dass $X\ge0$ gilt, [...]"
Naja, für die "reale Zufallsgröße" X mag das gelten, aber in unserem Modell ist nicht $X\ge 0$ fast sicher.

"[... ]ist es unsinnig, $P(X\le 170)$ zu berechnen. Sinnvoller wäre es also ohnehin, lediglich $P(0\le X\le170)$ berechnen zu wollen."
Das sehe ich genau umgekehrt. Wenn wir (näherungsweise) wissen wollen, welcher Anteil der Frauen im betroffenen Land eine Körpergröße von höchstens 170cm erwartungsgemäß hat, macht es keinen Sinn von dem gemäß unserem Modell exakten Wert $P(X\le 170)$ die Wahrscheinlichkeit $P(X<0)$ zu subtrahieren (und somit so zu tun, als wären die Frauen mit negativer Körpergröße aus unserem Modell in Wahrheit größer als 170cm statt kleiner. Dieses Ersetzen negativer Körpergröße durch Körpergrößen >170cm erscheint mir völlig willkürlich.)
  ─   tobit 05.04.2025 um 17:32

"und somit so zu tun, als wären die Frauen mit negativer Körpergröße aus unserem Modell in Wahrheit größer als 170cm statt kleiner."

Es tut ja keiner so. Zudem dürfte das für die Praxis keine Relevanz haben, da die Wahrscheinlichkeit praktisch 0 ist.
  ─   cauchy 06.04.2025 um 16:25

"Es tut ja keiner so."
Man tut so, wenn man auf die Frage, mit welcher Wahrscheinlichkeit eine Frau im betroffenen Land eine Körpergröße von höchstens 170cm hat, beim vorliegenden Modell mit $P(0\le X\le 170)$ antwortet.
  ─   tobit 07.04.2025 um 05:48

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