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bibliography.bib

@@ -1,22 +1,111 @@
 
-% Ein Eintrag in der Bibliographie könnte so aussehen:
-@book{Beutelspacher2009,                      
-  shorthand = {Beu09},              
-  author = {Beutelspacher, Albrecht},
-  editor = {},
-  publisher = {Vieweg+Teubner Verlag},
-  title = {"Das ist o.B.d.A. trivial!"},
-  subtitle = {Tipps und Tricks zur Formulierung mathematischer Gedanken},
-  year = {2009},
-  edition = {9. Auflage},
-  url = {https://doi.org/10.1007/978-3-8348-9599-8},
-  note = {Zugriff am 31. Mai 2026}
+@unpublished{kosenkova_stochastik_2025,
+	location = {Universität potsdam},
+	title = {Stochastik für das Lehramt},
+	url = {https://moodle2.uni-potsdam.de/course/view.php?id=44845},
+	shorttitle = {{StoLa}},
+	type = {Vorlesung},
+	howpublished = {Vorlesung},
+	author = {Kosenkova, Dr. Tetiana},
+	urldate = {2026-06-11},
+	date = {2025},
 }
-% Beutelspacher2009 ist der Zitationsschlüssel, der in \cite{Beutelspacher2009} verwendet wird. Er sollte eindeutig sein und kann nach Belieben gewählt werden, z.B. durch Kombination von Autorennamen und Jahr.
-% Shorthand gibt vor, wie der Eintrag in der Bibliographie angezeigt wird.
-% Bei einem Autor sollten die ersten drei Buchstaben des Nachnamens und die letzten zwei Ziffern des Jahres verwendet werden, z.B. Beu09 für Beutelspacher 2009.
-% Bei mehreren Autoren sollten die Initialien der Nachnamen der ersten drei Autoren und die letzten zwei Ziffern des Jahres verwendet werden, z.B. ABM20 für einen Eintrag von Autoren A, B und M aus dem Jahr 2020.
-% Die anderen Einträge (author, editor, publisher, title, year, edition, url) sollten entsprechend den Informationen des zitierten Werks ausgefüllt werden.
-% Es ist hilfreich, die URL anzugeben, wenn das Werk online verfügbar ist, damit Leser leicht darauf zugreifen können.
-% Wenn die URL angegeben wird, sollte auch das Zugriffsdatum hinzugefügt werden, um anzugeben, wann die Quelle zuletzt überprüft wurde.
 
+@unpublished{enders_analysis_2024,
+	location = {Universität Potsdam},
+	title = {Analysis {II}},
+	author = {Enders, Dr. Jörg},
+	date = {2024},
+}
+
+@book{nahrstedt_monte-carlo-methode_2015,
+	location = {Wiesbaden},
+	title = {Die Monte-Carlo-Methode: Beispiele unter Excel {VBA}},
+	isbn = {978-3-658-10149-7},
+	series = {Essentials},
+	shorttitle = {Die Monte-Carlo-Methode},
+	publisher = {Springer Fachmedien Wiesbaden},
+	author = {Nahrstedt, Harald},
+	date = {2015},
+	langid = {german},
+}
+
+@collection{buchter_elementare_2005,
+	location = {Berlin, Heidelberg},
+	title = {Elementare Stochastik: Eine Einführung in die Mathematik der Daten und des Zufalls},
+	isbn = {978-3-540-22250-7 978-3-540-27368-4},
+	doi = {10.1007/b138982},
+	series = {Mathematik für das Lehramt},
+	shorttitle = {Elementare Stochastik},
+	pagetotal = {452},
+	publisher = {Springer-Verlag Berlin Heidelberg},
+	editor = {Büchter, Andreas and Henn, Hans-Wolfgang},
+	date = {2005},
+	langid = {german},
+}
+
+@online{arndt_brunner_simulation_2025,
+	title = {Simulation des Galtonbretts},
+	url = {https://www.arndt-bruenner.de/mathe/scripts/galtonbrett.htm},
+	titleaddon = {Simulation des Galtonbretts},
+	author = {{Arndt Brünner}},
+	urldate = {2025-06-11},
+	date = {2025-11-29},
+}
+
+@video{statistik_verstehen_beweis_2019,
+	author = {{Andreas Pfaffel}},
+	title = {Beweis des zentralen Grenzwertsatzes von de Moivre-Laplace},
+	url = {https://www.youtube.com/watch?v=0_RZUWtlCQM},
+	editora = {{Statistik verstehen}},
+	editoratype = {collaborator},
+	urldate = {2025-06-11},
+	date = {2019-10-28},
+}
+
+@BOOK{berger2023-mz,
+  title     = "Kombinatorik",
+  author    = "Berger, Peter",
+  publisher = "Springer Berlin Heidelberg",
+  year      =  2023,
+  address   = "Berlin, Heidelberg",
+  copyright = "https://www.springernature.com/gp/researchers/text-and-data-mining",
+  language  = "de"
+}
+
+@book{nielsen1906,
+  author    = {Niels Nielsen},
+  title     = {Handbuch der Theorie der Gammafunktion},
+  year       = {1906},
+  publisher  = {B. G. Teubner},
+  location   = {Leipzig},
+  ulr = {https://dn760009.eu.archive.org/0/items/handbuchgamma00nielrich/handbuchgamma00nielrich.pdf},
+  language   = {german},
+  isbn = {978-0274048847}
+}
+
+@BOOK{freitag1995-oj,
+  title     = "Funktionentheorie",
+  author    = "Freitag, Eberhard and Busam, Rolf",
+  publisher = "Springer",
+  series    = "Springer-Lehrbuch",
+  edition   =  2,
+  month     =  mar,
+  year      =  1995,
+  address   = "New York, NY",
+  language  = "de"
+}
+
+@report{lisum-2022,
+	author = {LISUM and MBJS},
+	title = {{Rahmenlehrplan für die gymnasiale Oberstufe, Fachteil C Mathematik}},
+	year = {2022},
+	url = {https://bildungsserver.berlin-brandenburg.de/fileadmin/bbb/unterricht/rahmenlehrplaene/gymnasiale_oberstufe/curricula/2022/Teil_C_RLP_GOST_2022_Mathematik.pdf},
+}
+
+@report{lisum-2023,
+	author = {LISUM and MBJS},
+	title = {{Rahmenlehrplan für die Jahrgangsstufen 1 bis 10, Fachteil C Mathematik}},
+	year = {2023},
+	url = {https://bildungsserver.berlin-brandenburg.de/fileadmin/bbb/unterricht/rahmenlehrplaene/Rahmenlehrplanprojekt/amtliche_Fassung/getrennt_2023/BB_RLP_2023_Teil_C_Ma_GenF_1.pdf},
+}

content/Einordnung_Lehrplan.tex

@@ -1,3 +1,4 @@
-Orden Sie bitte Ihr Material kurz und prägnant in den Lehrplan ein. Das ist wichtig, damit die Lehrkräfte, die Ihr Material verwenden, auch wissen, wo sie es im Lehrplan finden können.
+Ein erster Kontakt mit der Binomialverteilung tritt in Form von Binomialkoeffizienten in der zehnten Klasse des Gymnasiums als Teil der Niveaustufe H auf (\cite{lisum-2023}).
+
+Vertieft wird die Binomialverteilung dann im zweiten Semester der Oberstufe und wird im vierten Semester durch die Normalverteilung ergänzt (\cite{lisum-2022}).
 
-Wichtig: Nicht mehr als eine halbe Seite! Das ist nur eine kurze Einordnung, keine vollständige Darstellung des Lehrplans.

content/Mathematischer_Hintergrund.tex

@@ -1,13 +1,29 @@
 %"ltex.language": "de-DE"
-Dies ist der zentrale Teil des Dokuments und soll (inhaltlich) den größten Teil des Dokuments ausmachen. 
-
 \subsection{Beweis des zentralen Grenzwertsatzes}
-Das Galton-Brett (nach Francis Galton) dient der Veranschaulichung der Binomialverteilung und der experimentellen Bestätigung vom Zentralen Grenzwertsatz im Spezialfall der Binomialverteilung. Im Folgenden formalisieren wir den Weg einer Kugel durch das Brett als stochastischen Prozess als Binomialverteilung und Beweisen anschließend den Zentralen Grenzwertsatz von Moivre-Laplace.
-\begin{definition}[Modell des Galton Brett]{galton}
+Das Galton-Brett (nach Francis Galton) dient der Veranschaulichung der Binomialverteilung und der experimentellen Bestätigung vom Zentralen Grenzwertsatz im Spezialfall der Binomialverteilung. Im Folgenden formalisieren wir den Weg einer Kugel durch das Brett als stochastischen Prozess als Binomialverteilung und Beweisen anschließend den Zentralen Grenzwertsatz von Moivre-Laplace \cite{nahrstedt_monte-carlo-methode_2015}.
+\begin{definition}[Modell des Galton Brett]{galton}{nach \cite[S. 252-253]{buchter_elementare_2005}}
 	Sei $(\Omega, \mathcal{F}, P)$ ein Wahrscheinlichkeitsraum. \\
 	Der Fall einer Kugel durch ein Galton-Brett mit $n \in \mathbb{N}$ Reihen wird modelliert durch eine Folge von stochastisch unabhängigen und identisch verteilten Zufallsvariablen $X_1, X_2, \dots, X_n$, wobei $X_i \in \{0, 1\}$.
 	Dabei beschreibt \textbf{$X_i = 1$ den Fall nach rechts} in der $i$-ten Reihe und \textbf{$X_i = 0$ den Fall nach links}. Die Wahrscheinlichkeit sei $P(X_i = 1) = p$ und $P(X_i = 0) = 1-p = q$. Bei einem symmetrischen Brett gilt $p = q = 0.5$.
 \end{definition} %Bild?
+\begin{figure}[htbp]
+	\centering
+	% Erstes Bild
+	\begin{minipage}[t]{0.45\textwidth}
+		\centering
+		\includegraphics[width=\linewidth]{./images/Galtonbrett.png}
+		\caption{Darstellung des Galtonbretts nach \cite{arndt_brunner_simulation_2025}}
+		\label{fig:galton}
+	\end{minipage}
+	\hfill
+	% Zweites Bild
+	\begin{minipage}[t]{0.45\textwidth}
+		\centering
+		\includegraphics[width=\linewidth]{./images/Galton_Hüpfbild.png}
+		\caption{Darstellung der Zufallsvariable $X_i$ im Kontext vom Galtonbrett}
+		\label{fig:galtonXi}
+	\end{minipage}
+\end{figure}
 Hierbei ist anzumerken, dass jedes $X_i$ Bernoulliverteilt ist, da 
 \[
 	\Omega = \{1,0\} \quad \text{und} \quad
@@ -19,27 +35,50 @@ Hierbei ist anzumerken, dass jedes $X_i$ Bernoulliverteilt ist, da
 \]
 Somit lässt sich auch $X_i \sim \mathcal{B}_{0,5}$ schreiben.\\
 Um jeden Ausgang des Galton-Brettes durchnummeriert von links nach rechts unterscheiden zu können, definieren wir uns eine weitere Zufallsvariable Sn wie folgt:
-\begin{definition}[Zufallsvariable $S_n$]{Sn}
+\begin{definition}[Zufallsvariable $S_n$]{Sn}{nach \cite[min. 0:50]{statistik_verstehen_beweis_2019}}
 	Die Endposition der Kugel im Fach $k \in \{0, 1, \dots, n\}$ wird durch die Summe der Rechtsabbiegungen beschrieben. Wir definieren die Zufallsvariable: \[S_n = \sum_{i=1}^n X_i\]
 \end{definition}
+Um diese Summierte Zufallsvariable genauer zu verstehen betrachten wir zuerst den Binomialkoeffizienten.
+\begin{definition}[Binomialkoeffizienten]{binomialkoeffizienten}{\cite{kosenkova_stochastik_2025}}
+	Für $n\in\mathbb{N}_0$ und $k\in\{0,\dots,n\}$ definieren wir den \textbf{Binomialkoeffizienten}
+	\[
+	\binom{n}{k}=\frac{n!}{k!(n-k)!}
+	\]
+	wobei die Zahl $\binom{n}{k}$ die Anzahl der Möglichkeiten, aus einer $n$-elementigen Menge genau $k$-Elemente auszuwählen, angibt.
+\end{definition}
+Betrachten wir nun den Binomialkoeffizienten in Bezug auf $S_n$, beschreibt dieser exakt die Anzahl der möglichen Pfade durch das Galton-Brett, bei denen die Kugel von $n$ Reihen genau $k$-mal nach rechts (und somit $(n-k)$-mal nach links) fällt. Da jeder dieser einzelnen Pfade aufgrund der Unabhängigkeit der Entscheidungen die Wahrscheinlichkeit $p^k (1-p)^{n-k}$ besitzt, ergibt sich die Gesamtwahrscheinlichkeit für das Fach $k$ durch Multiplikation. Daher rührt die Binomialverteilung:
+\begin{definition}[Binomialmodell]{binModell}{\cite{kosenkova_stochastik_2025}}
+	Wiederholt man ein Bernoulli-Experiment mit Erfolgswahrscheinlichkeit $p \in [0,1]$ $n$-mal, und interessiert sich nur für die Anzahl der erfolgreichen Experimente, so wählt man 
+	\[
+		\Sigma = \{0,1,...,n\}.
+	\]
+	In diesem Modell ist
+	\[
+		Bin_{n,p}(\{k\}) := \binom{n}{k} p^k (1-p)^{n-k}, \quad k=0,1,..,n
+	\]
+	eine Zähldichte.
+\end{definition}
+\begin{definition}{binZähldichte}{\cite{kosenkova_stochastik_2025}}
+	Die Wahrscheinlichkeitsverteilung mit der Zähldichte $Bin_{n,p}(\{k\})$ auf $\{0,...,n\}$ heißt Binomialverteilung zu den Parametern $n, p$.
+\end{definition}
 Anschließend ist folgendes zu bemerken:
 \begin{satz}[Verteilung der Endposition]{satz:binomialverteilung}
-	Die Zufallsvariable $S_n$, ist binomialverteilt mit den Parametern $n$ und $p$. 
+	Die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Zufallsvariable $S_n$, lässt sich durch die Binomialverteilung beschreiben.\\
 	Daher gilt $S_n \sim \mathcal{B}in_{n,p}$
 \end{satz}
 \begin{proof}
 	Nach \cref{def:galton} und \cref{def:Sn} ist $S_n$ die Summe von $n$ unabhängigen Bernoulli-verteilten Zufallsvariablen $X_i \sim \mathcal{B}_p$. Also stellt $S_n$ die Anzahl der Erfolge von n-Wiederholungen von unabhängigen identisch Bernoulli-verteilten Zufallsexperimenten dar.
-	%Ref Cosi
-	Daraus folgt, dass das Galton-Brett mit der Zufallsvariable $S_n$ eine Binomialmodell darstellt und somit die Binomialverteilung nach Definition eine Zähldichte definiert. Daher gilt: $S_n \sim \mathcal{B}in_{n,p}$
+	Daraus folgt, dass das Galton-Brett mit der Zufallsvariable $S_n$ eine Binomialmodell \cref{def:binModell} darstellt und somit die Binomialverteilung nach Definition eine Zähldichte definiert \cref{def:binZähldichte}. Daher gilt: $S_n \sim \mathcal{B}in_{n,p}$
 \end{proof}
-Anhand des Galton-Brettes lässt sich nun wie bereits beschrieben leicht erkennen, dass bei $n\rightarrow\infty$ Kugeln sich die Verteilung der Kugeln in der Auffangung der Verteilung der Glockenkurve der Normalverteilung annähert. %"Verteilung" Fachlick Korrekt?
-\begin{satz}[Zentraler Grenzwertsatz von de Moivre-Laplace]{satz:moivrelaplace}
+Für große $n$ wird die direkte Berechnung der Binomialverteilung sehr aufwendig. An dieser Stelle greift der Zentrale Grenzwertsatz, der besagt, dass sich die Binomialverteilung für große $n$ der Normalverteilung annähert. Im Spezialfall der Binomialverteilung wird dies durch den Satz von Moivre-Laplace formalisiert \cite{nahrstedt_monte-carlo-methode_2015, statistik_verstehen_beweis_2019}.
+\begin{satz}[Zentraler Grenzwertsatz von de Moivre-Laplace]{moivrelaplace}
 	Sei $S_n \sim \mathcal{B}in_{n,p}$ die Anzahl der Erfolge bei $n$ unabhängigen Bernoulli-Versuchen mit Erfolgswahrscheinlichkeit $p \in (0, 1)$ und sei $q = 1-p$. Für große $n$ lässt sich die Wahrscheinlichkeit, dass $S_n$ genau den Wert $k$ annimmt, durch die Dichtefunktion der Normalverteilung annähern:
 	\[
-	P(S_n = k) = \binom{n}{k} p^k q^{n-k} \approx \frac{1}{\sqrt{2\pi npq}} \exp\left(-\frac{(k-np)^2}{2npq}\right)
+	P(S_n = k) = \binom{n}{k} p^k q^{n-k} \approx \frac{1}{\sqrt{2\pi npq}} e^{\left(-\frac{(k-np)^2}{2npq}\right)}
 	\]
 \end{satz}
 \begin{proof}
+	Der Beweis folgt zum großen Teil dem Beweis von \cite{statistik_verstehen_beweis_2019} und wurde von den Autoren weiter konkretisiert.\\
 	Der Beweis basiert im Wesentlichen auf drei Approximationen: Der Stirling-Formel für die Fakultäten, der Vereinfachung der Wurzelausdrücke für große $n$ sowie der Taylor-Entwicklung des natürlichen Logarithmus zur Herleitung der Exponentialfunktion. Diese 3 Approximationen werden in diesem Beweis als wahr angenommen, jedoch in der Folgenden Arbeit weiter analysiert und bewiesen.
 	
 	\textbf{1. Anwendung der Stirling-Formel:} \\
@@ -60,12 +99,206 @@ Anhand des Galton-Brettes lässt sich nun wie bereits beschrieben leicht erkenne
 		\item[(\ref{eq1:aufteilen})] Hier lässt sich die Gleichung intelligent aufteilen und etwas umstellen durch die Potenzgesetze, da gilt: $n^n = n^k \cdot n^{n-k}$ Außerdem lässt sich einmal $\sqrt{2\pi}$ Kürzen.
 		\item[(\ref{eq1:zusammenfassen})] Ist das Resultat nach dem Sortieren der Brüche anhand der Exponenten
 	\end{itemize}
-	%weiter
-	...
+	\textbf{2. Substitution und Approximation der Wurzeln:} \\
+	Um das breiter werden der Verteilung und das Abwandern des Erwartungswertes zu verhindern standardisieren wir die Zufallsvariable, indem wir 
+	\[
+	Z_n=\frac{S_n-E(S_n)}{\sigma(S_n)} = \frac{k-np}{\sqrt{npq}}
+	\]
+	definieren. Nun nimmt $Z_n$ Werte $z=\frac{k-np}{\sqrt{npq}}$ an, nach $k$ und nach $n-k$ umgestellt heißt das
+	\begin{align*}
+		k = np + z\sqrt{npq} \\
+		n-k = nq - z\sqrt{npq} 
+	\end{align*}
+	Nun betrachten wir $k \cdot (n-k)$ für $n \rightarrow \infty$:
+	\begin{align}
+		k(n-k) &= (np + z\sqrt{npq})\cdot(nq - z\sqrt{npq}) \label{eq3:einsetzen}\\
+		&= n^2pq + (nz\sqrt{nqp}(q-p)-z^2npq)	\label{eq3:umstellen}\\
+		&\overset{n\rightarrow\infty}{=}n^2pq + O(n) \label{eq3:absch}
+	\end{align}
+	Im Folgenden werden die nummerierten Schritte der Gleichungsketten erläutert:
+	\begin{itemize}
+		\item[(\ref{eq3:einsetzen})] Formeln für $k$ und $n-k$ einsetzen
+		\item[(\ref{eq3:umstellen})] Distributivgesetz anwenden und nach Potenz von $n$ sortieren
+		\item[(\ref{eq3:absch})] $n^2$ geht für $n\rightarrow\infty$ schneller nach unendlich als die linearen Restterme. Folglich sind diese für die Abschätzung gegen unendlich vernachlässigbar.
+	\end{itemize}
+	Setzen wir dieses Ergebnis nun in das Zwischenergebnis von \cref{eq1:zusammenfassen} ein erhalten wir folgendes:
+	\begin{align}
+		P(S_n = k) &= \frac{1}{\sqrt{2\pi}}\sqrt{\frac{n}{k(n-k)}} \left(\frac{np}{k}\right)^k \left(\frac{nq}{n-k}\right)^{n-k} \nonumber \\
+		&\approx \frac{1}{\sqrt{2\pi}}\sqrt{\frac{n}{n^2pq}} \left(\frac{np}{k}\right)^k \left(\frac{nq}{n-k}\right)^{n-k} \label{eq4:1}\\
+		&= \frac{1}{\sqrt{2\pi}}\frac{1}{\sqrt{npq}} \left(\frac{np}{k}\right)^k \left(\frac{nq}{n-k}\right)^{n-k} \label{eq4:2}\\
+		&= \frac{1}{\sqrt{2\pi npq}}\left(\frac{k}{np}\right)^{-k} \left(\frac{n-k}{nq}\right)^{-n+k} \label{eq4:3}
+	\end{align}
+	Im Folgenden werden die nummerierten Schritte der Gleichungsketten erläutert:
+	\begin{itemize}
+		\item[(\ref{eq4:1})] Approximation verwenden
+		\item[(\ref{eq4:2})] $n$ Kürzen und Potenz-/Wurzelgesetze anwenden um Bruch zu vereinfachen
+		\item[(\ref{eq4:3})] Kehrwert der Brüche Bilden und Wurzeln zusammenfassen
+	\end{itemize}
+	Es ist bereits der korrekte konstante Faktor der Gaußschen Glockenkurve erkennbar.\\
+	\textbf{3. Taylor-Approximation des exponentiellen Teils:} \\
+	Den restlichen Term formen wir um, indem wir ihn logarithmieren um im Anschluss die Approximationsformel für den Logarithmus verwenden zu können. Diese wird ebenso wie die Stirling-Formel im Anschluss bewiesen. 
+	Hierzu betrachten wir folgendes zuerst einzeln:
+	\begin{align}
+		&\ln\left( \left(\frac{k}{np}\right)^{-k} \left(\frac{n-k}{nq}\right)^{-n+k} \right) \label{eq5:1} \\
+		&= -k \ln\left(\frac{k}{np}\right) - (n-k) \ln\left(\frac{n-k}{nq}\right) \label{eq5:2}\\
+		&= -(np + z\sqrt{npq}) \ln\left(\frac{(np + z\sqrt{npq})}{np}\right) - (nq - z\sqrt{npq}) \ln\left(\frac{(nq - z\sqrt{npq})}{nq}\right) \label{eq5:3}\\
+		&= (-np - z\sqrt{npq}) \ln\left(1+z\sqrt{\frac{q}{np}}\right) + (-nq + z\sqrt{npq}) \ln\left(1-z\sqrt{\frac{p}{nq}}\right) \label{eq5:4}
+	\end{align}
+	Im Folgenden werden die nummerierten Schritte der Gleichungsketten erläutert:
+	\begin{itemize}
+		\item[(\ref{eq5:1})] logarithmieren
+		\item[(\ref{eq5:2})] Logarithmengesetze für Potenzen anwenden.
+		\item[(\ref{eq5:3})] Gleichheit für $k$ aus der Standardisierung einsetzen: $k = np + z\sqrt{npq}$.
+		\item[(\ref{eq5:4})] Distributivgesetz für $-1$ anwenden und Brüche durch Aufteilen der Addition und Einfügen der multiplikativen Identität $\frac{\sqrt{np}}{\sqrt{np}}$ (selbes für $nq$) vereinfachen.
+	\end{itemize}
+	\cref{def:taylorpolynom} beweist die Taylor-Approximation für den Logarithmus: $ln(1-\alpha) \approx -\alpha-\frac{\alpha^2}{2}+O(\alpha^3)$ und $ln(1+\alpha) \approx \alpha-\frac{\alpha^2}{2}+O(\alpha^3)$. Hierbei steht $O(\alpha^3)$ für die Landau-Notation.
+	Wir definieren 
+	\[
+		\beta := \sqrt{\frac{q}{np}}; \quad
+		\gamma := \sqrt{\frac{p}{nq}}
+	\]
+	Um diese Approximation zu verwenden, muss sicher sein, dass $-1 <|\alpha| < 1$. Das heißt, dass $\forall z \in \mathbb{R}:-1 \overset{n\rightarrow\infty}{<} |z\cdot\beta| \overset{n\rightarrow\infty}{<}1$. (Für $z\cdot\gamma$ analog) Hierbei genügt die Abschätzung gegen unendlich, da wir die Annäherung nur für große Zahlen beweisen wollen.\\
+	Sei also $z\in\mathbb{N}$, dann betrachten wir:\\
+	\begin{align*}
+		|z\cdot\beta| \overset{Def.}{=} \left|z \cdot \sqrt{\frac{q}{np}}\right| = |z|\cdot \frac{1}{\sqrt{n}}\cdot\sqrt{\frac{q}{p}} \xrightarrow{n\rightarrow\infty} 0\\
+		und \quad -1 < 0 < 1
+	\end{align*}
+	Da $p$ und $q$ konstante Parameter sind.
+	
+	Betrachten wir nun die Logarithmen für die Taylor-Approximation näher:
+	\begin{align*}
+		\ln\left(1 + z\sqrt{\frac{q}{np}}\right) &\approx z\sqrt{\frac{q}{np}} - \frac{\left(z\sqrt{\frac{q}{np}}\right)^2}{2} + O((z\beta)^3)\\
+		&= z\sqrt{\frac{q}{np}} - \frac{z^2 q}{2np} + O((z\beta)^3)
+	\end{align*}
+	und für den anderen ln analog:
+	\begin{align*}
+		\ln\left(1 - z\sqrt{\frac{p}{nq}}\right) &\approx -z\sqrt{\frac{p}{nq}} - \frac{\left(z\sqrt{\frac{p}{nq}}\right)^2}{2} + O((-z\gamma)^3) \\
+		&= -z\sqrt{\frac{p}{nq}} - \frac{z^2 p}{2nq} + O((z\gamma)^3) &&\text{"-" fällt wegen O weg}
+	\end{align*}
+	Setzen wir dies nun zurück in \cref{eq5:3} ein, erhalten wir:
+	\begin{align}
+		&(-np - z\sqrt{npq}) \ln\left(1+z\sqrt{\frac{q}{np}}\right) + (-nq + z\sqrt{npq}) \ln\left(1-z\sqrt{\frac{p}{nq}}\right)+O(z^3) \nonumber \\
+		&=(-np - z\sqrt{npq})(z\sqrt{\frac{q}{np}} - \frac{z^2 q}{2np} + O((z\beta)^3)) \nonumber \\ &\quad + (-nq + z\sqrt{npq}))(-z\sqrt{\frac{p}{nq}} - \frac{z^2 p}{2nq} + O((z\gamma)^3)) + O(z^3) \nonumber \\
+		&=(-npz\sqrt{\frac{q}{np}}+\frac{npz^2q}{2np}-z^2\sqrt{npq}\sqrt{\frac{q}{np}} + O((z\beta)^3)) + O(z^3) \nonumber\\ &\quad + (nqz\sqrt{\frac{p}{nq}}+\frac{nqz^2p}{2nq}-z^2\sqrt{npq}\sqrt{\frac{p}{nq}} + O((z\gamma)^3))\nonumber \\ &\quad + (-np - z\sqrt{npq}) \cdot O((z\beta)^3) + (-nq + z\sqrt{npq}) \cdot O((z\gamma)^3)\label{eq6:1}\\
+		&=(-z\sqrt{\frac{(np)^2q}{np}}+\frac{z^2q}{2}-z^2\sqrt{\frac{npq^2}{np}}+O((z\beta)^3)) \nonumber \\ &\quad + (z\sqrt{\frac{(nq)^2p}{nq}}+\frac{z^2p}{2}-z^2\sqrt{\frac{np^2q}{nq}} + O((z\gamma)^3)) \nonumber \\ &\quad + (-np - z\sqrt{npq}) \cdot O((z\beta)^3) + (-nq + z\sqrt{npq}) \cdot O((z\gamma)^3) \label{eq6:2}\\
+		&=(-z\sqrt{npq}-z^2q+\frac{z^2q}{2} + O((z\beta)^3)) + (z\sqrt{npq}-z^2p+\frac{z^2p}{2} + O((z\gamma)^3))\nonumber \\ &\quad + (-np - z\sqrt{npq}) \cdot O((z\beta)^3) + (-nq + z\sqrt{npq}) \cdot O((z\gamma)^3)\label{eq6:3} \\
+		&\approx (-z\sqrt{npq}-\frac{z^2q}{2}) + (z\sqrt{npq}-\frac{z^2p}{2})\label{eq6:4}\\
+		&=-\frac{z^2q}{2}-\frac{z^2p}{2} = -\frac{z^2}{2}(p+q) \label{eq6:5}\\
+		&=-\frac{z^2}{2} \label{eq6:6}
+	\end{align} %(-np - z\sqrt{npq}) \cdot O((z\beta)^3) + (-nq + z\sqrt{npq}) \cdot O((z\gamma)^3)
+	Im Folgenden werden die nummerierten Schritte der Gleichungsketten erläutert:
+	\begin{itemize}
+		\item[(\ref{eq6:1})] Distributivgesetz
+		\item[(\ref{eq6:2})] $np$ und $nq$ mithilfe des Quadrates in die Wurzel ziehen, sowie Kürzen und Wurzeln zusammenfassen. Alle Terme mit $z^3$ werden von $O(z^3)$ nach dessen Definition "absorbiert".
+		\item[(\ref{eq6:3})] $np$ und $nq$ in den Wurzeln Kürzen und Kommutativgesetz anwenden
+		\item[(\ref{eq6:4})] Die Landau Terme können vernachlässigt werden, da diese Terme für $n\rightarrow\infty$ gegen 0 gehen. Betrachte Hierzu \cref{lem:restterme} und \cref{prop:restterme2}.
+		\item[(\ref{eq6:5})] $-z\sqrt{npq}+z\sqrt{npq}=0$ und Distributivgesetz (invers)
+		\item[(\ref{eq6:6})] $p+q=1$ da $q = 1-p$ definiert wurde.
+	\end{itemize}
+	Da $e^{ln(l)} = l$ setzen wir nun $e^{-\frac{z^2}{2}}$ in \cref{eq4:3} ein kommen wir zum finalen Ergebnis:
+	\begin{align}
+		P(S_n = k) &\approx \frac{1}{\sqrt{2\pi npq}}e^{-\frac{z^2}{2}} \nonumber \\
+		&= \frac{1}{\sqrt{2\pi npq}}e^{-\frac{\left(\frac{k-np}{\sqrt{npq}}\right)^2}{2}} \label{eq7:1} \\
+		&= \frac{1}{\sqrt{2\pi npq}}e^{\left(-\frac{(k-np)^2}{2npq}\right)} \label{eq7:2}
+	\end{align}
+	Im Folgenden werden die nummerierten Schritte der Gleichungsketten erläutert:
+	\begin{itemize}
+		\item[(\ref{eq7:1})] Rücksubstitution der Standardisierung.
+		\item[(\ref{eq7:2})] Der Bruch wurde quadriert und zusammengefasst.
+	\end{itemize}
+	Daher konvergiert eine Binomialverteilte Zufallsvariable (für $n\rightarrow\infty$) gegen die Dichtefunktion der Normalverteilung.
 \end{proof}
+\begin{lemma}[Asymptotisches Verschwinden der Taylor-Restterme mit Präfix]{restterme}
+	Seien $p \in (0,1)$, $q = 1-p$ und $z \in \mathbb{R}$ fest gewählt. Für die Restterme der Taylor-Entwicklung des Logarithmus multipliziert mit ihren jeweiligen Vorfaktoren gilt für $n \rightarrow \infty$:
+	\[
+	(-np - z\sqrt{npq}) \cdot O((z\beta)^3) + (-nq + z\sqrt{npq}) \cdot O((z\gamma)^3) \xrightarrow{n \rightarrow \infty} 0
+	\]
+	wobei $\beta = \sqrt{\frac{q}{np}}$ und $\gamma = \sqrt{\frac{p}{nq}}$ definiert sind.
+\end{lemma}
+\begin{proof}
+	Wir betrachten exemplarisch den ersten Summanden (der zweite verhält sich vollkommen analog). Da $\beta = \sqrt{\frac{q}{np}}$, verhält sich der Restterm dritter Ordnung bezüglich $n$ wie folgt:
+	\[
+	O((z\beta)^3) = O\left(z^3\cdot\left(\sqrt{\frac{q}{np}}\right)^3\right) = O\left(\frac{z^3 q^{3/2}}{p^{3/2}}\cdot\frac{1}{n^{3/2}}\right) \subseteq O\left(n^{-3/2}\right)
+	\]
+	Nach der Definition der Landau-Notation existiert für hinreichend große $n$ eine Konstante $C > 0$, sodass der Betrag dieses Restterms durch $C \cdot n^{-3/2}$ nach oben beschränkt ist.
+	Multiplizieren wir dies mit dem Betrag des Vorfaktors, erhalten wir mithilfe der Dreiecksungleichung:
+	\begin{align*}
+		\left| (-np - z\sqrt{npq}) \cdot O((z\beta)^3) \right| &\leq (np + |z|\sqrt{npq}) \cdot C \cdot n^{-3/2} \\
+		&= C \cdot np \cdot n^{-3/2} + C \cdot |z|\sqrt{npq} \cdot n^{-3/2} \\
+		&= C \cdot p \cdot \frac{1}{\sqrt{n}} + C \cdot |z|\sqrt{pq} \cdot \frac{1}{n}
+	\end{align*}
+	Da $C, p, q$ und $z$ von $n$ unabhängige Konstanten sind und $n$ im Nenner unbegrenzt wächst, strebt dieser Ausdruck für $n \to \infty$ gegen:
+	\[
+	0 + 0 = 0
+	\]
+	Für den zweiten Term mit $\gamma$ erfolgt der Beweis völlig analog, womit die Summe beider Terme ebenfalls gegen $0$ konvergiert.
+\end{proof}
+
+Folgende Proposition ist leicht aus dem oberen Beweis ableitbar (aufgrund der Abschätzung mit $n^{-3/2}$ und der Betrachtung von z als beliebig aber fest) und wird daher nicht separat bewiesen.
+\begin{proposition}[Asymptotisches Verschwinden der Taylor-Restterme ohne Präfix]{restterme2}
+	Seien $p \in (0,1)$, $q = 1-p$ und $z \in \mathbb{R}$ fest gewählt. Für die Restterme der Taylor-Entwicklung des Logarithmus gilt für $n \rightarrow \infty$:
+	\[
+	O((z\beta)^3) + O((z\gamma)^3) \xrightarrow{n \rightarrow \infty} 0
+	\]
+	\[
+	O(z^3) \xrightarrow{n \rightarrow \infty} 0
+	\]
+	wobei $\beta = \sqrt{\frac{q}{np}}$ und $\gamma = \sqrt{\frac{p}{nq}}$ definiert sind.
+\end{proposition}
 
 
 % Teilsortiert:
+\subsection{Pascalsches Dreieck}
+Das Pascalsche Dreieck ist ein geometrisches Dreieck aus Zahlen, das sich unendlich nach unten fortsetzt und dabei die Binomialkoeffizienten repräsentiert. Aus \cref{def:binomialkoeffizienten} entwickeln wir das Pascalsche Dreieck.
+\begin{definition}[Pascalsches Dreieck]{pascaldreieck}{\cite{berger2023-mz}}
+	Das \textbf{Pascalsche Dreieck} ist das unendliche Zahlenschema
+	\[
+		P=(p_{n,k})_{n\in\mathbb{N}_0,0\leq k\leq n}
+	\]
+	mit
+	\[
+		p_{n,k}=\binom{n}{k}
+	\]
+\end{definition}
+Die ersten Zeilen des Pascalschen Dreiecks lauten
+\[
+\begin{array}{ccccccccc}
+	&&&&1\\
+	&&&1&&1\\
+	&&1&&2&&1\\
+	&1&&3&&3&&1\\
+	1&&4&&6&&4&&1
+\end{array}
+\]
+\begin{satz}[Pascalsche Rekursion]
+	Für $n\geq1$ und $1\leq k\leq n-1$ gilt
+	\[
+		\binom{n}{k} = \binom{n-1}{k-1}+\binom{n-1}{k}
+	\]
+\end{satz}
+\begin{bemerkung}
+	Diese Beziehung erklärt die Entstehung jeder inneren Zahl als Summe der beiden darüberliegenden Zahlen.
+\end{bemerkung}
+\begin{proof}
+	Sei $M$ eine Menge mit $n$ Elementen. Wähle $x\in M$ fest.
+	
+	Wir zählen die $k$-elementigen Teilmengen von M.
+	\begin{itemize}
+		\item Enthält eine Teilmenge das Element $x$, dann müssen noch $k-1$ Elemente aus den $n-1$ verbleibenden Elementen gewählt werden. Wir erhalten
+		\[
+			\binom{n-1}{k-1}
+		\]
+		\item Enthält eine Teilmenge das $x$ nicht, werden $k$ Elemente aus den verbleibenden $n-1$ Elementen gewählt, also
+		\[
+			\binom{n-1}{k}
+		\]
+	\end{itemize}
+	Aufrund der Disjunkteit beider Fälle und der Erfassung aller $k$-elementigen Teilmengen, folgt
+	\[
+		\binom{n}{k} = \binom{n-1}{k-1}+\binom{n-1}{k}
+	\]
+\end{proof}
+
 \subsection{Taylor-Approximation}
 Um eine Taylorpproximation für eine Funktion zu finden, müssen wir zunächst nachweisen, dass die Funktion die wir approximieren wollen, $(n+1)$-mal differenzierbar ist. Da wir unsere Approximation nach dem quadratischen Term abbrechen werden genügt es zu zeigen, dass $\ln(1-x)$ dreimal differenzierbar ist.
 \begin{lemma}{dreimalableiten}
@@ -95,7 +328,7 @@ Nun haben wir nachgewiesen, dass die Funktion $\ln(1-x)$ dreimal differenzierbar
 	Mit einem Blick auf die Funktion und wie ihre Ableitungen gebildet werden, ist leicht zu erkennen, dass $\ln(x-1)$ sogar unendlich oft differenzierbar ist. 
 \end{bemerkung}
 Bevor wir die Approximation  nachweisen ist eine formale Definition des Satzes von Taylor und dem Taylorpolynom nötig, wobei letzteres aus dem Satz von Taylor folgt. 
-\begin{satz}[Satz von Taylor\footnote{Enders, J., Analysis II (2024)}]{taylor}
+\begin{satz}[Satz von Taylor]{taylor}{\cite{enders_analysis_2024}}
 	Seien $n\in\mathbb{N}_0, f:[a,b]\rightarrow\mathbb{R}$ eine $(n+1)$-mal differenzierbare Funktion und $x_0\in[a,b]$.
 	
 	Dann gilt für alle $x\in[a,b]$ die Darstellung
@@ -115,7 +348,7 @@ Bevor wir die Approximation  nachweisen ist eine formale Definition des Satzes v
 	
 	Die Definition des Taylorpolynoms entspringt direkt dem Satz von Taylor, nur ohne das Lagrange-Restglied.
 \end{bemerkung}
-\begin{definition}[Taylorpolynom]{taylorpolynom}
+\begin{definition}[Taylorpolynom]{taylorpolynom}{\cite{enders_analysis_2024}}
 	\[
 		T_{f,x_0,n}(x)=\sum_{k=0}^{n}\frac{1}{k!}\cdot f^{(k)}(x_0)(x-x_0)^k
 	\]	
@@ -197,7 +430,7 @@ Würden wir die Entwicklung weiterführen, approximiert die violette Funktion (u
 \subsection{Gamma-Funktion}
 % wird für Beweis der Stirling-Approximation gebraucht
 Zum nachfolgenden Betrachtung und des Beweises der Stirling-Approximation betrachten wir nun die Gamma-Funktion, auch \textbf{Eulersches Integral zweiter Gattung} genannt. Sie erweitert die Fakultätsfunktion von den natürlichen Zahlen $\mathbb{N}$ auf reelle und komplexe Zahlen (mit einigen Ausnahmen). Hier betrachten wir der Einfachheit halber nur die Gamma-Funktion in $\mathbb{R}$.
-\begin{definition}[Gamma-Funktion]{gammafunktion}
+\begin{definition}[Gamma-Funktion]{gammafunktion}{\cite[Kap.~XI, S.~142]{nielsen1906}}
 	Sei $x>0\in\mathbb{R}$, dann ist die \textbf{Gamma-Funktion} definiert durch
 	\begin{align*}
 		\Gamma(x):\mathbb{R^+}&\rightarrow\mathbb{R}\\
@@ -214,7 +447,8 @@ Die Gamma-Funktion berechnet wie folgt die Fakultät in $\mathbb{N}$:
 \end{satz}
 
 \subsection{Stirling-Approximation}
-\begin{satz}[Stirlingformel]{stirlingformel}
+Die Stirling-Approximation ist eine mathematische Näherung zur Berechnung der Fakultät einer Zahl. Die Approximation ist vorallem in der Stochastik und der statistischen Physik ein unverzichtbares Werkzeug. Wir schauen sie daher im Folgenden im Detail an.
+\begin{satz}[Stirlingformel]{stirlingformel}{\cite{freitag1995-oj}}
 	Für $n\mapsto\infty$ gilt nach \textsc{Stirlings} Approximation, dass
 	\[
 		n!\approx \sqrt{2\pi n}\left(\frac{n}{e}\right)^n

content/Stichworte.tex

@@ -5,11 +5,10 @@ Die folgenden \textbf{Stichworte} decken in etwa den Inhalt des ausgearbeiteten
 	\item Welche fundamentalen Ideen werden behandelt?
 	\item zentraler Grenzwertsatz als "Mittelpunkt"
 	\item Binomial- zu Normalverteilung
-	\item Satz von de Moivre
-	\item Satz von Lalplace
+	\item Satz von de Moivre und Laplace
 	\item Pascalsches Dreieck
 	\item Kreiszahl $\pi$
 	\item Stirling-Approximation
 	\item Gamma-Funktion
-	\item Klasse 8 bis 10
+	\item Klasse 10 bis 12
 \end{itemize}

galton.tex

@@ -8,16 +8,12 @@
 
 \addbibresource{bibliography.bib}
 
-
-
-
 \title{Das Galtonbrett und der zentrale Grenzwertsatz}
 
 \author{Fierke, E. \& Janik, T. \& Weidlich, L.
     \\ Seminar Erweitertes Fachwissen -  Mathe Club}
 
 \date{Sommersemester 2026}
-
 \begin{document}	
 \begin{textblock*}{3cm}(1cm,1.5cm)
 		\includegraphics[width=3cm]{images/mlogo.pdf}
@@ -28,7 +24,6 @@
 	\end{textblock*}
 
     \maketitle
-
 \tableofcontents		
 
 \section{Einleitung}