wt-tut-presentations/src/2025-11-07/presentation.tex

526 lines
19 KiB
TeX

\ifdefined\ishandout
\documentclass[de, handout]{CELbeamer}
\else
\documentclass[de]{CELbeamer}
\fi
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% CEL Template
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\groupname{Communication Engineering Lab (CEL)}
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% Document setup
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\title{WT Tutorium 1}
\author[Tsouchlos]{Andreas Tsouchlos}
\date[]{7. November 2025}
%
%
% Document body
%
%
\begin{document}
\begin{frame}[title white vertical, picture=images/IMG_7801-cut]
\titlepage
\end{frame}
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\section{Struktur des Tutoriums}
\begin{frame}
\frametitle{Struktur des Tutoriums}
\begin{itemize}
\item Ziele
\begin{itemize}
\item Üben/Verstehen der Herangehensweisen Aufgaben zu lösen
\item Wiederholung der für die Aufgaben wichtigsten Teile
der Theorie
\end{itemize}
\item Struktur der Tutorien
\begin{table}
\begin{tabular}{l||c}
Abschnitt & Dauer \\\hline\hline
Aufgabe 1: Theorie Wiederholung & $\SI{10}{\minute}$ \\
Aufgabe 1: Selbstrechenphase & $\SI{20}{\minute}$ \\
Aufgabe 1: Besprechung der Lösung &
$\SI{10}{\minute}$ \\\hline
Aufgabe 2: Theorie Wiederholung & $\SI{10}{\minute}$ \\
Aufgabe 2: Selbstrechenphase & $\SI{20}{\minute}$ \\
Aufgabe 2: Besprechung der Lösung &
$\SI{10}{\minute}$ \\\hline
Zusammenfassung & $\SI{10}{\minute}$ \\
\end{tabular}
\end{table}
\end{itemize}
\end{frame}
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\section{Aufgabe 1}
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\subsection{Theorie Wiederholung}
\begin{frame}{Ereignisse \& Laplace}
\vspace*{-15mm}
\begin{itemize}
\item Ereignisse
\begin{columns}
\column{\kitthreecolumns}
\begin{align*}
\text{Ergebnisraum: } & \hspace{5mm} \Omega =
\mleft\{ \omega_1, \ldots, \omega_N \mright\}\\
\text{Ergebnis: } & \hspace{5mm} \omega_i\\
\text{Ereignis: } & \hspace{5mm} A \subseteq \Omega
\end{align*}
\column{\kitthreecolumns}
\begin{lightgrayhighlightbox}
Beispiel: Würfeln mit einem Würfel
\begin{align*}
\Omega &= \mleft\{ 1, \ldots, 6 \mright\}\\
A &= \mleft\{ 1, 6 \mright\}
\end{align*}\\[1em]
\vspace*{-12mm}
\end{lightgrayhighlightbox}
\begin{lightgrayhighlightbox}
Beispiel: Würfeln mit zwei Würfeln
\begin{align*}
\Omega &= \mleft\{(i,j): i,j \in \mleft\{
1,\ldots, 6 \mright\}\mright\} \\
A &= \mleft\{ (1,1),(2,2), \ldots, (6,6) \mright\}
\end{align*}
\vspace*{-12mm}
\end{lightgrayhighlightbox}
\vspace*{0mm}
\end{columns}\pause
\item Laplace'sches Zufallsexperiment
% tex-fmt: off
\begin{gather*}
\text{Voraussetzungen: }\hspace{5mm} \left\{
\begin{array}{l}
\lvert\Omega\rvert \text{ endlich}\\
P(\omega_i) = \frac{1}{\lvert\Omega\rvert}
\end{array}
\right.\\[1em]
P(A) = \frac{\lvert A \rvert}{\lvert \Omega \rvert} =
\frac{\text{Anzahl ``günstiger''
Möglichkeiten}}{\text{Anzahl Möglichkeiten}}
\end{gather*}
% tex-fmt: on
\end{itemize}
\end{frame}
\begin{frame}{Kombinationen und Hypergeometrische\\ Verteilung}
\begin{itemize}
\item Kombinationen: Ziehen ohne zurücklegen, ohne
Betrachtung der Reihenfolge
\vspace*{5mm}
\begin{columns}
\column{\kitthreecolumns}
\begin{gather*}
\lvert C_N^{(K)} \rvert = \binom{N}{K} =
\frac{N!}{(N-K)!K!}
\end{gather*}
\column{\kitthreecolumns}
\begin{lightgrayhighlightbox}
Beispiel: Wie viele mögliche Ergebnisse gibt
es beim Lotto ``6 aus 49''?
\vspace*{0mm}
\begin{align*}
\begin{array}{c}
N = 49 \\
K = 6
\end{array} \hspace{5mm} \rightarrow
\hspace{5mm} \binom{49}{6} = 13983816
\end{align*}
\vspace*{-8mm}
\end{lightgrayhighlightbox}
\end{columns}
\pause
\item Hypergeometrische Verteilung
\begin{columns}
\column{\kitthreecolumns}
\begin{gather*}
P_r = \frac{\binom{R}{r}\binom{N-R}{n-r}}{\binom{N}{n}}
\end{gather*}
\column{\kitthreecolumns}
\begin{lightgrayhighlightbox}
Beispiel: In einer Urne sind N Kugeln, davon
R rot. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit
beim ziehen von n Kugeln (ohne Zurücklegen)
genau r rote zu erwischen?
\end{lightgrayhighlightbox}
\end{columns}
\end{itemize}
\end{frame}
\begin{frame}{Zusammenfassung}
\begin{columns}
\column{\kitthreecolumns}
\begin{greenblock}{Laplace'sches Zufallsexperiment}%
\vspace*{-6mm}
\begin{gather*}
P(A) = \frac{\lvert A \rvert}{\lvert \Omega \rvert} =
\frac{\text{Anzahl ``günstiger''
Möglichkeiten}}{\text{Anzahl Möglichkeiten}}
\end{gather*}
\end{greenblock}
\column{\kitthreecolumns}
\begin{greenblock}{Kombinationen}%
\vspace*{-6mm}
\begin{gather*}
\lvert C_N^{(K)}\rvert = \binom{N}{K} =
\frac{N!}{(N-K)!K!}
\end{gather*}
\end{greenblock}
\end{columns}
\begin{columns}
\column{\kitonecolumn}
\column{\kitthreecolumns}
\begin{greenblock}{Hypergeometrische Verteilung}%
\vspace*{-6mm}
\begin{gather*}
P_R = \frac{\binom{R}{r}\binom{N-R}{n-r}}{\binom{N}{n}}
\end{gather*}
\end{greenblock}
\column{\kitonecolumn}
\end{columns}
\end{frame}
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\subsection{Aufgabe}
\begin{frame}
\frametitle{Aufgabe 1: Ergebnisraum \&
Hypergeometrische\\ Verteilung}
Bei einem Kartenspiel erhält ein Spieler 5 Karten aus einem Deck
von 52 Karten (bestehend aus
13 Arten mit je 4 Farben). Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit,
dass der Spieler
% tex-fmt: off
\begin{enumerate}[a{)}]
\item mindestens ein Ass hat?
\item genau ein Ass hat?
\item mindestens zwei Karten der gleichen Art (“Paar”) hat?
\end{enumerate}
% tex-fmt: on
\end{frame}
\begin{frame}
\frametitle{Aufgabe 1: Ergebnisraum \&
Hypergeometrische\\ Verteilung}
Bei einem Kartenspiel erhält ein Spieler 5 Karten aus einem Deck
von 52 Karten (bestehend aus
13 Arten mit je 4 Farben). Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit,
dass der Spieler
% tex-fmt: off
\begin{enumerate}[a{)}]
\item mindestens ein Ass hat?\pause
\begin{gather*}
P(\text{mindestens ein Ass}) = 1 - P(\text{kein Ass})
= 1 - \frac{\binom{4}{0}\binom{48}{5}}{\binom{52}{5}} \approx 0,341
\end{gather*}\pause\vspace*{-5mm}
\item genau ein Ass hat?\pause
\begin{gather*}
P(\text{genau ein Ass}) = \frac{\binom{4}{1}\binom{48}{4}}{\binom{52}{5}} \approx 0,299
\end{gather*}\pause
\item mindestens zwei Karten der gleichen Art (“Paar”) hat?\pause
\begin{align*}
P(\text{mindestens zwei gleiche Karten}) &= 1 - P(\text{alle Karten unterschiedlich}) \\
&= 1 - \frac{\text{Anzahl Möglichkeiten mit nur unterschiedlichen Karten}}{\text{Anzahl Möglichkeiten}}\\
&= 1 - \frac{\binom{13}{5}\cdot 4^5}{\binom{52}{5}} \approx 0,493
\end{align*}
\end{enumerate}
% tex-fmt: on
\end{frame}
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\section{Aufgabe 2}
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\subsection{Theorie Wiederholung}
\begin{frame}
\frametitle{Kombinatorik}
\vspace*{-18mm}
\begin{itemize}
\item Potenzmenge
\vspace*{-2mm}
\begin{columns}
\column{\kitfourcolumns}
\begin{align*}
\mathcal{P}\mleft( \Omega \mright) = \mleft\{ A:
A \subseteq \Omega \mright\} \hspace{10mm}
\left(\text{``Menge aller
Teilmengen von $\Omega$''}\right)
\end{align*}
\column{\kittwocolumns}
\begin{lightgrayhighlightbox}
Beispiel
\begin{gather*}
\Omega = \{ A, B, C \}
\end{gather*}%
\vspace*{-15mm}%
\begin{align*}
\mathcal{P}(\Omega) = \{ &\emptyset,
\mleft\{ A \mright\}, \mleft\{ B \mright\},
\mleft\{ C \mright\}, \mleft\{ A, B \mright\},\\
&\mleft\{ A, C \mright\},
\mleft\{ B, C \mright\}, \mleft\{ A, B, C
\mright\} \}
\end{align*}%
\vspace*{-14mm}%
\end{lightgrayhighlightbox}
\end{columns}
\vspace*{-3mm}
\item \pause Variationen und Kombinationen
\setlength\extrarowheight{2mm}
\begin{table}
\begin{tabular}{r||l|l}
& Mit Zurücklegen & Ohne Zurücklegen
\\\hline\hline Mit Reihenfolge
(\textit{Variationen}) & $\lvert
\widetilde{V}_N^{(K)} \rvert = N^K$ & $\lvert
V_N^{(K)}\rvert = \frac{N!}{(N-K)!} $ \\\hline
Ohne Reihenfolge (\textit{Kombinationen}) &
$\lvert \widetilde{C}_N^{(K)} \rvert =
\binom{N+K-1}{K} $ & $\lvert C_N^{(K)} \rvert
= \binom{N}{K} $
\end{tabular}
\end{table}
\item \pause Permutationen
\begin{columns}
\column{\kitfourcolumns}
\begin{gather*}
\Pi_N = \mleft\{ \mleft( a_1, \ldots, a_N
\mright) \in \Omega : a_i \neq a_j, i \neq j
\mright\}\\
\begin{array}{r}
\text{Alle Elemente von $\Omega$ unterscheidbar:} \\
\text{Jeweils $L_1, L_2, \ldots, L_M$ der Elemente
sind gleich:}
\end{array}
\hspace{5mm}
\begin{array}{rl}
\lvert \Pi_N \rvert &= N! \\
\lvert \Pi_N^{(L_1,
L_2, \ldots, L_M)} \rvert &=
\frac{N!}{L_1!L_2!\cdots L_M!}
\end{array}
\end{gather*}
\column{\kittwocolumns}
\begin{lightgrayhighlightbox}
Beispiel:
\begin{gather*}
\Omega = {A, B, C}\\
\Pi_N = \{ (A,B,C), (A,C,B), (B,A,C),\\
(B,C,A), (C,A,B), (C,B,A)\}
\end{gather*}
\vspace*{-14mm}%
\end{lightgrayhighlightbox}
\end{columns}
\end{itemize}
\end{frame}
\begin{frame}
\frametitle{Zusammenfassung}
\begin{columns}
\column{\kitthreecolumns}
\begin{greenblock}{Potenzmenge}
\vspace*{-6mm}
\begin{gather*}
\mathcal{P}\mleft( \Omega \mright) = \mleft\{ A:
A \subseteq \Omega \mright\}
\end{gather*}
\end{greenblock}
\column{\kitthreecolumns}
\begin{greenblock}{Permutationen}
\vspace*{-6mm}
\begin{align*}
\lvert \Pi_N \rvert &= N! \\
\lvert \Pi_N^{(L_1, L_2, \ldots, L_M)} \rvert &=
\frac{N!}{L_1!L_2!\cdots L_M!}
\end{align*}
\end{greenblock}
\end{columns}
\begin{columns}
\column{\kitonecolumn}
\column{\kitfourcolumns}
\begin{greenblock}{Variationen \& Kombinationen }
\begin{table}
\begin{tabular}{r||l|l}
& Mit Zurücklegen & Ohne Zurücklegen
\\\hline\hline Mit Reihenfolge
(\textit{Variationen}) & $\lvert
\widetilde{V}_N^{(K)} \rvert = N^K$ & $\lvert
V_N^{(K)}\rvert = \frac{N!}{(N-K)!} $ \\\hline
Ohne Reihenfolge (\textit{Kombinationen}) &
$\lvert \widetilde{C}_N^{(K)} \rvert =
\binom{N+K-1}{K} $ & $\lvert C_N^{(K)} \rvert
= \binom{N}{K} $
\end{tabular}
\end{table}
\end{greenblock}
\column{\kitonecolumn}
\end{columns}
\end{frame}
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\subsection{Aufgabe}
\begin{frame}
\frametitle{Aufgabe 2: Variationen \& Permutationen}
Aufgabe 2: Variationen \& Permutationen
Ein Burgerrestaurant bietet verschiedene Burger mit den
Zutaten Salat
(S), Käse (K), Tomate (T)
und Patty (P) an. Diese werden zufällig für die Zubereitung eines
Burgers ausgewählt.
% tex-fmt: off
\begin{enumerate}[a{)}]
\item Die Ergebnismenge sei $\Omega = \{S, K, T, P\}$. Wie lautet die
Potenzmenge $P(\Omega)$?
\item Für einen normalen Burger werden 3 der 4 möglichen Zutaten
ausgewählt und in einer
bestimmten Reihenfolge auf das Burgerbrötchen gelegt. Wie viele
verschiedene normale
Burger gibt es?
\item Ein Burger ``Spezial'' besteht ebenfalls aus 3 Zutaten. Jedoch
können Tomate und Salat
doppelt vorkommen. Wie viele verschiedene Burger „Spezial“ gibt es?
\item Der Burger „Jumbo“ enthält die folgende Menge an Zutaten: $\{S, S,
T, T, K, K, K, P, P, P\}$
die alle verwendet werden. Wie viele mögliche Belegungen des Burgers
``Jumbo'' gibt es?
\end{enumerate}
% tex-fmt: on
\end{frame}
\begin{frame}
\frametitle{Aufgabe 2: Variationen \& Permutationen}
Aufgabe 2: Variationen \& Permutationen
Ein Burgerrestaurant bietet verschiedene Burger mit den
Zutaten Salat
(S), Käse (K), Tomate (T)
und Patty (P) an. Diese werden zufällig für die Zubereitung eines
Burgers ausgewählt.
% tex-fmt: off
\begin{enumerate}[a{)}]
\item Die Ergebnismenge sei $\Omega = \{S, K, T, P\}$. Wie lautet die
Potenzmenge $P(\Omega)$?\pause
\begin{align*}
\mathcal{P}(\Omega) = \{ &\emptyset, \mleft\{ S \mright\}, \mleft\{ K \mright\}, \mleft\{ T \mright\}, \mleft\{ P \mright\},\\
&\mleft\{ S, K \mright\}, \mleft\{ S, T \mright\}, \mleft\{ S, P \mright\}, \mleft\{ K, T \mright\}, \mleft\{ K,P \mright\}, \mleft\{ T, P \mright\}, \\
&\mleft\{ S, K, T \mright\}, \mleft\{ S, K, P \mright\}, \mleft\{ S, T, P \mright\}, \mleft\{ K, T, P \mright\}, \mleft\{ S, K, T, P \mright\}\}
\end{align*}%
\item \pause Für einen normalen Burger werden 3 der 4 möglichen Zutaten
ausgewählt und in einer
bestimmten Reihenfolge auf das Burgerbrötchen gelegt. Wie viele
verschiedene normale
Burger gibt es?\pause
\begin{gather*}
\lvert V_N^{(K)} \rvert = \frac{4!}{1!} = 24
\end{gather*}
\end{enumerate}
% tex-fmt: on
\end{frame}
\begin{frame}
\frametitle{Aufgabe 2: Variationen \& Permutationen}
Aufgabe 2: Variationen \& Permutationen
Ein Burgerrestaurant bietet verschiedene Burger mit den
Zutaten Salat
(S), Käse (K), Tomate (T)
und Patty (P) an. Diese werden zufällig für die Zubereitung eines
Burgers ausgewählt.
% tex-fmt: off
\begin{enumerate}[a{)}]
\setcounter{enumi}{2}
\item Ein Burger ``Spezial'' besteht ebenfalls aus 3 Zutaten. Jedoch
können Tomate und Salat
doppelt vorkommen. Wie viele verschiedene Burger „Spezial“ gibt es?\pause
\begin{align*}
n_\text{Burger} &= n_\text{Burger,alle Unterschiedlich} + n_{\text{Burger,2}\times\text{Salat}} + n_{\text{Burger,2}\times\text{Tomate}} \\
&= 24 + 3\cdot 3 + 3\cdot 3 = 42
\end{align*}
\item \pause Der Burger „Jumbo“ enthält die folgende Menge an Zutaten: $\{S, S,
T, T, K, K, K, P, P, P\}$
die alle verwendet werden. Wie viele mögliche Belegungen des Burgers
``Jumbo'' gibt es?\pause
\begin{gather*}
\lvert \Pi_N^{L_1,L_2,L_3,L_4} \rvert = \frac{10!}{2!2!3!3!} = 25200
\end{gather*}
\end{enumerate}
% tex-fmt: on
\end{frame}
\end{document}