In einer Abfüllanlage für Mehl sind die Füllmengen der Packungen annähernd normalverteilt mit einem Erwartungswert von \(\mu = 505\,\text{g}\) und einer Standardabweichung von \(\sigma = 2\,\text{g}\). Eine Packung wird zufällig entnommen. Die Zufallsgröße \(X\) beschreibt die Füllmenge in Gramm.
Berechne die Wahrscheinlichkeiten für die folgenden Ereignisse:
a) Die Packung enthält höchstens \(505\,\text{g}\).
b) Die Füllmenge liegt zwischen \(501\,\text{g}\) und \(509\,\text{g}\).
c) Die Packung unterschreitet die Nennfüllmenge von \(500\,\text{g}\).
d) Die Füllmenge beträgt exakt \(505{,}0\,\text{g}\).
e) Die Füllmenge weicht um mehr als \(5\,\text{g}\) vom Erwartungswert ab.
Denkanstöße
- Kannst du die gegebenen Füllmengen als Vielfache der Standardabweichung vom Mittelwert ausdrücken?
- Nutze die Symmetrie der Glockenkurve, um Rechnungen zu vereinfachen.
- Was bedeutet es für die Wahrscheinlichkeit, wenn ein Wert mehr als \(2\sigma\) oder \(2{,}5\sigma\) vom Mittelwert entfernt ist?
- Überlege dir, wie man die Wahrscheinlichkeit für „Abweichung um mehr als...“ mit der Gegenwahrscheinlichkeit oder Symmetrie bestimmen kann.
Lösung
1. Zu a): Da \(505\) dem Erwartungswert entspricht, ist \(P(X \le 505) = 0{,}5\).
2. Zu b): Das Intervall \([501; 509]\) entspricht \([\mu - 2\sigma; \mu + 2\sigma]\). Die Wahrscheinlichkeit im \(2\sigma\)-Intervall beträgt \(P(-2 \le Z \le 2) = \Phi(2) - \Phi(-2) \approx 0{,}9545\).
3. Zu c): Transformation für \(x = 500\) ergibt \(z = \frac{500 - 505}{2} = -2{,}5\). Es gilt \(P(X < 500) = \Phi(-2{,}5) = 1 - \Phi(2{,}5) \approx 1 - 0{,}9938 = 0{,}0062\).
4. Zu d): Da \(X\) eine stetige Zufallsgröße ist, gilt \(P(X = 505) = 0\).
5. Zu e): Gesucht ist \(P(|X - 505| > 5) = P(X < 500 \text{ oder } X > 510)\). Wegen Symmetrie ist dies \(2 \cdot P(X < 500) \approx 2 \cdot 0{,}0062 = 0{,}0124\).
Antwort
a) \(P(X \le 505) = 0{,}5\)
b) \(P(501 \le X \le 509) \approx 0{,}9545\)
c) \(P(X < 500) \approx 0{,}0062\)
d) \(P(X = 505) = 0\)
e) \(P(|X - 505| > 5) \approx 0{,}0124\)