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mathematische Rätsel

Mathematik 6-k
3 Minuten gelesen

Es gibt mathematische Aussagen, bei denen sich der Verstand spontan weigert, sie zu akzeptieren.

Diese gehört definitiv dazu:

0,999… = 1

Nicht ungefähr 1.

Nicht aufgerundet 1.

Sondern exakt 1.

Das klingt zunächst vollkommen falsch. Schließlich gilt:

0,9 < 1

0,99 < 1

0,999 < 1

Also müsste doch auch 0,999… irgendwie ein winziges Stück kleiner als 1 sein.

Genau hier stellt uns die Unendlichkeit ein Bein.

Was bedeuten die drei Punkte?

Der entscheidende Unterschied steckt in:

0,999…

Die drei Punkte bedeuten nicht: „Da kommen noch sehr viele Neunen.“

Sie bedeuten:

Es kommen unendlich viele Neunen.

Es gibt keine letzte 9.

Deshalb können wir auch nicht sagen, hinter der letzten 9 fehle noch ein winziger Betrag bis zur 1.

Denn eine letzte 9 existiert überhaupt nicht.

Ein erstaunlich einfacher Beweis

Nennen wir unsere Zahl einfach x:

x = 0,999…

Jetzt multiplizieren wir beide Seiten mit 10:

10x = 9,999…

Nun ziehen wir die ursprüngliche Gleichung davon ab:

10x = 9,999…
− x = 0,999…

Die unendlichen Nachkommastellen verschwinden:

9x = 9

Also:

x = 1

Aber am Anfang hatten wir festgelegt:

x = 0,999…

Damit folgt zwangsläufig:

0,999… = 1

Noch einfacher geht es mit einem Drittel

Fast jeder kennt:

1 ÷ 3 = 0,333…

Multiplizieren wir beide Seiten mit 3:

3 × 1/3 = 3 × 0,333…

Links erhalten wir:

1

Rechts:

0,999…

Also wieder:

1 = 0,999…

Aber da muss doch irgendetwas fehlen!

Das ist der Punkt, an dem sich unsere Intuition besonders hartnäckig wehrt.

Man könnte denken:

Zwischen 0,999… und 1 müsste doch ein unvorstellbar kleiner Abstand liegen.

Nennen wir ihn beispielsweise:

0,000…001

Das Problem ist nur:

Diese Zahl existiert in diesem Sinn nicht.

Denn wie viele Nullen sollen vor der 1 stehen?

Eine Million?

Dann ist die Zahl zwar winzig, aber größer als null.

Eine Billion?

Dasselbe Problem.

Egal wie viele Nullen wir einsetzen, es sind immer endlich viele.

Bei 0,999… reden wir aber von unendlich vielen Nachkommastellen.

Es gibt keine Stelle, an der wir nach „allen Neunen“ noch eine 1 einsetzen könnten.

Zwei Schreibweisen für dieselbe Zahl

Das eigentliche Geheimnis ist deshalb ziemlich unspektakulär:

0,999… und 1 sind keine zwei verschiedenen Zahlen, die extrem dicht nebeneinanderliegen.

Sie sind zwei verschiedene Schreibweisen derselben Zahl.

So wie:

1/2 = 0,5

oder

2/4 = 0,5

unterschiedliche Schreibweisen denselben Wert darstellen.

Auch andere Dezimalzahlen besitzen solche Darstellungen:

0,4999… = 0,5

1,24999… = 1,25

und eben:

0,999… = 1

Unser Gehirn stolpert über die Unendlichkeit

Warum erscheint uns das trotzdem falsch?

Weil wir uns automatisch eine lange, aber endliche Reihe von Neunen vorstellen.

Bei

0,999999999

fehlt tatsächlich noch etwas bis zur 1.

Aber egal, wie viele Neunen wir hinschreiben, haben wir damit niemals 0,999… vollständig geschrieben.

Die drei Punkte verändern alles.

Sie machen aus „sehr vielen“ plötzlich:

unendlich vielen.

Und Unendlichkeit verhält sich eben nicht immer so, wie unser alltägliches Denken es erwartet.

Deshalb ist

0,999… = 1

kein mathematischer Trick und kein Rundungsfehler.

Es ist eine exakte Gleichheit.

Und wer trotzdem überzeugt ist, zwischen beiden Zahlen müsse noch etwas liegen, steht vor einem kleinen Problem:

Er müsste eine Zahl finden, die größer als 0,999… und gleichzeitig kleiner als 1 ist.

Viel Erfolg dabei.

Die Mathematik wartet geduldig.

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Wechsel die Tür-k
4 Minuten gelesen

Stell dir vor, du nimmst an einer Spielshow teil.

Vor dir stehen drei geschlossene Türen.

Hinter einer befindet sich ein Auto. Hinter den beiden anderen stehen Ziegen.

Du darfst eine Tür auswählen.

Du entscheidest dich für Tür 1.

Doch bevor sie geöffnet wird, greift der Moderator ein. Er weiß genau, hinter welcher Tür das Auto steht. Er öffnet beispielsweise Tür 3 und zeigt dir eine Ziege.

Jetzt sind nur noch zwei Türen geschlossen:

Tür 1 – deine ursprüngliche Wahl.

Tür 2 – die andere verbliebene Tür.

Der Moderator stellt dir eine einfache Frage:

„Möchten Sie wechseln?“

Was würdest du tun?

Zwei Türen – also 50 zu 50?

Genau das denken die meisten Menschen.

Eine von zwei Türen enthält das Auto. Also müsste die Wahrscheinlichkeit doch jetzt bei jeweils 50 Prozent liegen.

Klingt vollkommen logisch.

Ist aber falsch.

Wenn du bei deiner ursprünglichen Tür bleibst, beträgt deine Gewinnchance weiterhin:

1/3

Wenn du dagegen zur anderen Tür wechselst:

2/3

Durch Wechseln verdoppelst du deine Gewinnchance.

Aber warum?

Gehen wir zurück zum Anfang.

Als du eine von drei Türen gewählt hast, betrug die Wahrscheinlichkeit, dass das Auto tatsächlich dahinter steht:

1/3

Die Wahrscheinlichkeit, dass du falsch gewählt hast, betrug dagegen:

2/3

Und genau das ist entscheidend.

Der Moderator öffnet nämlich nicht zufällig irgendeine Tür.

Er kennt die Position des Autos und öffnet gezielt eine der nicht gewählten Türen, hinter der eine Ziege steht.

Damit liefert er dir zusätzliche Information.

Spielen wir alle Möglichkeiten durch

Angenommen, du wählst immer Tür 1.

Fall 1:
Das Auto steht hinter Tür 1.

Du wechselst und verlierst.

Fall 2:
Das Auto steht hinter Tür 2.

Der Moderator muss Tür 3 öffnen.
Du wechselst zu Tür 2 und gewinnst.

Fall 3:
Das Auto steht hinter Tür 3.

Der Moderator muss Tür 2 öffnen.
Du wechselst zu Tür 3 und gewinnst.

Das Ergebnis:

Bleiben: 1 Gewinn aus 3 Fällen.

Wechseln: 2 Gewinne aus 3 Fällen.

Also:

Bleiben = 33,3 %

Wechseln = 66,7 %

Mit 100 Türen wird es plötzlich offensichtlich

Wer der Sache immer noch nicht traut, kann das Spiel gedanklich vergrößern.

Statt drei Türen gibt es jetzt 100 Türen.

Hinter einer steht das Auto.

Du wählst eine einzige Tür.

Wie wahrscheinlich ist es, dass du sofort richtig liegst?

1 Prozent.

Wie wahrscheinlich ist es, dass sich das Auto hinter einer der anderen 99 Türen befindet?

99 Prozent.

Jetzt kommt der Moderator.

Er weiß wieder, wo das Auto steht, und öffnet von den anderen Türen 98 Stück.

Hinter jeder befindet sich eine Ziege.

Geschlossen bleiben nur:

deine ursprüngliche Tür

und

eine einzige andere Tür.

Würdest du jetzt wirklich glauben, deine ursprünglich mit gerade einmal 1 Prozent Wahrscheinlichkeit richtige Tür sei plötzlich genauso gut wie die andere?

Nein.

Deine Tür bleibt bei 1 Prozent.

Die andere verbliebene Tür trägt unter diesen Spielregeln die 99 Prozent.

Jetzt wirkt Wechseln plötzlich ziemlich vernünftig.

Ein Problem, das selbst Mathematiker provozierte

Berühmt wurde das Problem Anfang der 1990er-Jahre durch die US-amerikanische Kolumnistin Marilyn vos Savant.

Als sie erklärte, dass Wechseln die Gewinnchance von 1/3 auf 2/3 erhöht, erhielt sie Tausende Zuschriften. Viele Leser widersprachen ihr vehement, darunter auch Menschen mit mathematischer und wissenschaftlicher Ausbildung.

Doch die Rechnung ist eindeutig.

Man kann das Spiel sogar tausende Male am Computer simulieren.

Die Wechselstrategie gewinnt langfristig ungefähr:

zwei von drei Spielen.

Der entscheidende Punkt ist der Moderator

Allerdings gilt das Ergebnis nur unter den klassischen Regeln des Problems:

Der Moderator weiß, wo das Auto steht.

Er öffnet immer eine Tür mit einer Ziege.

Er öffnet niemals deine ausgewählte Tür.

Und er bietet dir immer die Möglichkeit zum Wechseln.

Würde der Moderator dagegen zufällig eine Tür öffnen, wäre es ein anderes Wahrscheinlichkeitsproblem.

Diese Kleinigkeit ist entscheidend.

Warum fällt uns das so schwer?

Weil wir nur sehen:

Zwei Türen sind übrig.

Unser Gehirn macht daraus sofort:

50 : 50.

Doch Wahrscheinlichkeit hängt nicht nur davon ab, was gerade vor uns steht.

Sie hängt auch davon ab, wie wir in diese Situation gekommen sind und welche Informationen wir erhalten haben.

Der Moderator beseitigt nicht einfach eine Tür.

Er beseitigt gezielt eine falsche Möglichkeit.

Und genau diese Information verändert das Spiel.

Das Monty-Hall-Problem zeigt deshalb etwas viel Größeres als eine Spielshow mit drei Türen:

Unser Bauchgefühl ist bei Wahrscheinlichkeiten erstaunlich leicht zu täuschen.

Wenn also irgendwann ein Moderator vor dir steht, hinter einer Tür ein Auto versteckt und dich fragt, ob du wechseln möchtest:

Wechsel die verdammte Tür.

Die Mathematik ist auf deiner Seite.

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