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Mathematische Statistik oder auch Stochastik beschäftigt sich mit der Beschreibung und Untersuchung von Zufallsexperimenten wie zum Beispiel dem Werfen von Würfeln oder Münzen sowie vom Zufall beeinflussten zeitlichen Entwicklungen und räumlichen Strukturen.

Solche Ereignisse, Entwicklungen und Strukturen werden oft durch Daten dokumentiert, für deren Analyse die Statistik geeignete Methoden bereitstellt. In diesem Fall entstehen die zufälligen Einflüsse in der Regel im Rahmen der zufälligen Auswahl einer Stichprobe aus einer eigentlich interessierenden Grundgesamtheit.

Insgesamt beinhaltet damit die Stochastik ein Spektrum an Methoden, mit denen man sowohl die Wahrscheinlichkeit für Lottogewinne oder die Größe der Unsicherheit bei Meinungsumfragen bestimmen kann. Die Stochastik ist auch für die Finanzmathematik von Bedeutung und hilft mit ihrer Methodik beispielsweise bei der Preisfindung für Optionen.