Normalverteilung: Grundlagen und Sigma-Regeln

Die Normalverteilung ist die wichtigste stetige Wahrscheinlichkeitsverteilung im Abitur — sie beschreibt viele natürliche und gemessene Größen und dient als Näherung für die Binomialverteilung bei großem Stichprobenumfang. Dieses Quiz übt die Dichtefunktion, die Standardisierung und die bekannten Sigma-Regeln.

Die zehn Fragen behandeln die Eigenschaften der Dichtefunktion f(x)=1σ2πe−12(x−μσ)2 (symmetrisch um den Erwartungswert, dort mit Maximum), die Standardnormalverteilung mit μ=0 und σ=1, sowie die Transformation einer beliebigen normalverteilten Zufallsvariablen in die Standardnormalverteilung über z=x−μσ. Die 68-95-99,7-Regel (Sigma-Regeln) wird systematisch geübt: welcher Anteil der Werte liegt innerhalb von ein, zwei bzw. drei Standardabweichungen um den Erwartungswert.

Eine konkrete Rechenaufgabe mit μ=100 und σ=10 verlangt die Bestimmung des Intervalls, das 95% der Wahrscheinlichkeitsmasse abdeckt — direkt anwendbares Wissen für Klausuraufgaben zu Prognoseintervallen. Auch die kumulative Verteilungsfunktion Φ(z) der Standardnormalverteilung wird behandelt, insbesondere ihre Symmetrieeigenschaft Φ(−z)=1−Φ(z) und der Wert Φ(0)=0,5. Der Wendepunkt der Dichtefunktion — genau eine Standardabweichung vom Erwartungswert entfernt — rundet das geometrische Verständnis der Glockenkurve ab.

Dieses Set baut auf Binomialverteilung und Erwartungswert/Varianz auf und führt zu Hypothesentests, bei denen die Normalapproximation eine zentrale Rolle spielt — der Abschluss des Stochastik-Blocks im Rahmen des IQB-Aufgabenpools für die Abiturprüfung Mathematik.

  • Die Dichtefunktion der Normalverteilung und ihre Eigenschaften beschreiben
  • Eine normalverteilte Zufallsvariable in die Standardnormalverteilung transformieren
  • Die 68-95-99,7-Regel (Sigma-Regeln) auf konkrete Intervalle anwenden
  • Wahrscheinlichkeiten mit der kumulativen Verteilungsfunktion $\Phi(z)$ berechnen
  • Symmetrieeigenschaften der Normalverteilung zur Vereinfachung von Berechnungen nutzen

Beispielaufgabe: „Gegeben sei eine normalverteilte Zufallsvariable $X$ mit $\mu=100$ und $\sigma=10$. Welches Intervall entspricht nach den Sigma-Regeln näherungsweise dem 95%-Intervall um den Erwartungswert?“ — Lösung: näherungsweise $\mu\pm2\sigma$, also $[80; 120]$.

Beispielfrage

Glockenkurve der Normalverteilung mit μ = 100 und σ = 10; die x-Achse reicht von 70 bis 130, μ ist gestrichelt markiert.

Gegeben sei eine normalverteilte Zufallsvariable $X$ mit $\mu = 100$ und $\sigma = 10$. Welches Intervall entspricht nach den Sigma-Regeln näherungsweise dem 95%-Intervall um den Erwartungswert?

Antwort anzeigen

$[80; 120]$

Das 95%-Intervall entspricht gemäß der Sigma-Regel dem Bereich $[\mu - 2\sigma; \mu + 2\sigma]$. Mit $\mu = 100$ und $\sigma = 10$ ergibt sich $[100 - 20; 100 + 20] = [80; 120]$.

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