Worum geht es?
Ein bewährtes Medikament heilt der Patientinnen und Patienten. Ein neues soll besser sein. Man testet es an Personen; ist die Anzahl der Geheilten. Ist „auffällig groß“, spricht das gegen die Annahme, das neue Medikament sei nicht besser.
- Nullhypothese (das neue Medikament ist nicht besser), Gegenhypothese .
- Signifikanzniveau : So groß darf die Wahrscheinlichkeit höchstens sein, abzulehnen, obwohl stimmt.
- Gerechnet wird im Grenzfall , also mit .
Gesucht ist der Ablehnungsbereich mit dem kleinsten , für das gilt:
Also , Annahmebereich . Entscheidungsregel: Lehne ab, wenn .
Zwei Fehlentscheidungen sind möglich:
| ist wahr | ist wahr | |
|---|---|---|
| wird abgelehnt | Fehler 1. Art | richtig |
| wird nicht abgelehnt | richtig | Fehler 2. Art |
Die Wahrscheinlichkeit für den Fehler 1. Art ist hier höchstens – das ist die tatsächliche Irrtumswahrscheinlichkeit, sie ist nie größer als . Für den Fehler 2. Art muss man ein wahres aus annehmen. Für gilt
heißt Macht (Güte) des Tests. Die Gütefunktion zeigt für jedes , wie wahrscheinlich der Test ablehnt. Bei einem linksseitigen Test () liegt der Ablehnungsbereich links: größtes mit .
Wichtig: Wird nicht abgelehnt, ist damit nicht bewiesen – die Daten widersprechen ihr nur nicht deutlich genug.
Ausprobieren
- Tippe im oberen Histogramm auf verschiedene Säulen: So stellst du den Beobachtungswert ein. Wann wird abgelehnt? Beispiel laden
- Stelle auf und auf . Wie wandert die Grenze, wie ändern sich die rote und die orange Fläche? α = 1 %
- Drücke „p₁ wandern lassen“ und beobachte, wie schrumpft und der Punkt auf der Gütefunktion nach oben läuft.
- Setze . Was zeigt das untere Histogramm jetzt? Grenzfall
- Stelle ein und vergleiche die Macht bei und . n = 50 · n = 200
- Ziehe mit „100 Stichproben“ viele Stichproben mit : Wie oft wird (fälschlich) abgelehnt? p₁ = p₀
Aufgaben
Aufgabe 1: Münze
Eine Münze wird -mal geworfen. Getestet wird gegen (: Wahrscheinlichkeit für Wappen) auf dem Niveau . Bestimme den Ablehnungsbereich. Aufgabe laden
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, aber . Also ; die tatsächliche Irrtumswahrscheinlichkeit beträgt etwa . In der Simulation zeigen
Aufgabe 2: Fehler 2. Art
Beim Test aus Aufgabe 1 ist die Münze in Wirklichkeit gezinkt: . Mit welcher Wahrscheinlichkeit bemerkt der Test das nicht? Aufgabe laden
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. In mehr als der Hälfte der Fälle wird die gezinkte Münze nicht erkannt; die Macht beträgt nur . In der Simulation zeigen
Aufgabe 3: Gezinkter Würfel
Ein Würfel wird -mal geworfen; ist die Anzahl der Sechsen. Getestet wird auf dem Niveau . Es fallen Sechsen. Wie lautet die Entscheidung? Aufgabe laden
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, , also . Wegen wird abgelehnt: Der Würfel ist auf dem -Niveau signifikant „sechsenlastig“ – bewiesen ist das nicht. Wäre der Würfel in Ordnung, würde der Test nur mit höchstens etwa Wahrscheinlichkeit so entscheiden. In der Simulation zeigen
Aufgabe 4: Linksseitig – Saatgut
Ein Händler verspricht, dass mindestens der Samen keimen. Ein Gärtner sät Samen und testet gegen (). Bestimme den Ablehnungsbereich. Es keimen Samen – Entscheidung? Aufgabe laden
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Größtes mit : , . Also . Wegen wird abgelehnt. In der Simulation zeigen
Aufgabe 5: Strenger oder sicherer?
Beim Medikamententest (, , ) wird von auf verkleinert. Wie ändern sich Ablehnungsbereich und ? Begründe, warum man nicht beide Fehler gleichzeitig klein machen kann, ohne zu vergrößern. Aufgabe laden
Lösung anzeigen
Bei : , , also . Der Annahmebereich wird größer, deshalb steigt (vorher ). Wer seltener fälschlich ablehnt, lehnt insgesamt seltener ab – auch dann, wenn stimmt. Nur ein größeres macht beide Verteilungen schmaler und trennt sie besser. In der Simulation zeigen
Ideen für den Unterricht
- Einsatz: Oberstufe, einseitiger Signifikanztest – Einführung des Vorgehens und Vertiefung zu Fehlern 1. und 2. Art. Die Gütefunktion kann als Ausblick dienen.
- Schreibweise: Die Simulation verwendet bzw. und für den Ablehnungsbereich; manche Bücher schreiben oder – die Rechnung ist dieselbe.
- Simulation des Fehlers 1. Art: Mit und „100 Stichproben“ lässt sich erleben, dass der Test etwa in der Fälle (tatsächliche Irrtumswahrscheinlichkeit ) fälschlich ablehnt.
- Häufige Stolpersteine:
- „ wurde nicht abgelehnt, also ist wahr.“ – Der Test liefert nur keinen ausreichenden Widerspruch.
- Der kritische Wert wird über statt über die Summe bestimmt.
- Beim Fehler 2. Art wird mit statt mit dem wahren gerechnet.
- Beim linksseitigen Test wird statt betrachtet.