Modellierungsthema und Zielsetzung

Im Folgenden entsteht im Verlauf des WS18/19 ein Portfolio der mathematischen Modellbildung zum Thema: Welche Auswirkungen ergeben sich für Deutschland, wenn es keine Schwangerschaftsabbrüche mehr gibt?

Einführung

Ein Schwangerschaftsabbruch, auch Entfruchtung oder Abtreibung genannt, bezeichnet eine vorzeitige Beendigung einer Schwangerschaft. Hierfür gibt es verschiedene Methoden zum Abbruch einer Schwangerschaft, welche unterschiedliche Risiken mit sich bringen können. Das Ungeborene überlebt einen solchen Eingriff (meist) nicht. Aus diesem Grund gilt das Thema Schwangerschaftsabbruch als sehr umstritten, kann in Deutschland aber dennoch in einem Zeitraum bis zur zwölften Schwangerschaftswoche straffrei durchgeführt werden.

Ausgangssituation

(Tabelle 1) Daten zu Bevölkerung, Geburten, Schwangerschaftsabbrüchen und Sterbefällen

JahrBevölkerungGeburtenSchwangerschaftsabbrücheSterbefälle
200082260000766.999134.609838.797
200182440000734.475134.964828.541
200282537000719.250130.387841.686
200382532000706.721128.030853.946
200482501000705.622129.650818.271
200582438000685.795124.023830.227
200682315000672.724119.710821.627
200782218000684.862116.871827.155
200882002000682.514114.484844.439
200981802000665.126110.694854.544
201081752000677.947110.431858.768
201180328000662.685108.867852.328
201280524000673.544106.815869.582
201380767000682.069102.802893.825
201481198000714.92799.715868.356
201582176000737.57599.237925.200
201682522000792.13198.721910.902
201782792000784.901101.209932.272

Daten entnommen von: https://de.statista.com

Die Zielsetzung für den ersten Modellierungszyklus formulieren (A2)

Im ersten Modellierungszyklus wollen wir uns mit der Population Deutschlands im Ausblick auf die folgenden Jahre (bis 2027) beschäftigen. Hierbei stellen wir uns die Frage, wie viele Geburten es insgesamt gibt und wie sich die Population verändert, wenn es zu keinen Schwangerschaftsabbrüchen mehr kommen würde. Diesbezüglich werden wir uns auf die Zahlen der Geburten und der Schwangerschaftsabbrüchen der Jahre von 2000 bis 2017 beziehen (siehe Ausgangssituation).

Niveauzuordnung (A3):

Sekundarstufe I

  • Datenrecherche von Bevölkerung, Geburten und Schwangerschaftsabbrüchen in den Jahren 2000-2017
  • Datenerhebung der Datenrecherche in einer Tabelle
  • Bildung der Summen:
- Geburten und Schwangerschaftsabbrüche
- Geburten und Sterbefälle
  • Berechnung Bevölkerungswachstum
  • Berechnung Geburten und Sterberate
  • Funktionaler Zusammenhang der Populationsberechnung
  • Diagramme erstellen, z.B. ein Säulendiagramm
  • Programme: Tabellenkalkulation, z.B. Excel


(Tabelle 2) Vergleich von Geburten und Schwangerschaftsabbrüche

JahrGeburtenSchwangerschaftsabbrücheGeburten und Abbrüche
2000766.999134.609901.608
2001734.475134.964869.439
2002719.250130.387849.637
2003706.721128.030834.751
2004705.622129.650835.272
2005685.795124.023809.818
2006672.724119.710792.434
2007684.862116.871801.733
2008682.514114.484796.998
2009665.126110.694775.820
2010677.947110.431788.378
2011662.685108.867771.552
2012673.544106.815780.359
2013682.069102.802784.871
2014714.92799.715814.642
2015737.57599.237836.812
2016792.13198.721890.852
2017784.901101.209886.110

Daten entnommen von: https://de.statista.com












Daten entnommen: https://de.statista.com

Sekundarstufe II

  • 
 Sek I und zusätzlich:
  • Ableitung von e-Funktionen
  • Trendlinie erstellen
  • Programme: Tabellenkalkulation, Geogebra

Universität - Populationsmodellierung

  • Untersuchung:
- Veränderung der Population mit und ohne Schwangerschaftsabbrüche anhand Populationsberechnungen sowie Fehlerberechnungen
- Auswirkung auf das Sozialversicherungssystem Deutschlands
  • Graphische Darstellung
  • Programme: Tabellenkalkulation, Maxima

Modellierungszyklen

Modellierungszyklus 1

In unserem ersten Modellierungszyklus haben wir uns zum Ziel genommen, herauszufinden wie sich die Population, sprich die Gesamtbevölkerung Deutschlands im Blick auf die Zukunft bis hin zum Jahr 2027 verändert.

Schritt 1: Erste Populationsberechnung mit Zukunftsausblick

Hierbei haben wir zunächst mit der Gleichung 𝝀=𝞪-𝞫, wobei 𝞪 der Anzahl der Geburten in Deutschland und 𝞫 der Anzahl der Sterbefälle in Deutschland entsprechen, den Wachstum der deutschen Bevölkerung ermittelt. Diese Anzahl an Wachstum konnten wir anschließend durch die durchschnittliche Bevölkerungszahl ℇ, welche wir uns zuvor mithilfe der Tabellenkalkulation erschließen konnten, dividieren. Diese entspricht 81950222 Menschen. Somit erhielten wir die Wachstumsraten der deutschen Bevölkerung in Prozent. Mit der Formel p(t+𝚫t)=p(t)+ 𝛄 *p(t), ist es uns möglich die Bevölkerungsanzahl für ein darauf folgendes Jahr zu berechnen. Der Teil p(t) entspricht der Bevölkerungsanzahl des Vorjahres der zu berechnenden Bevölkerungsanzahl. Hinzu wird 𝛄 von dem dazugehörigen Vorjahres addiert und mit p(t) multipliziert. In der letzten Spalte unserer Tabelle (Spalten von Jahr 2001 bis zum Jahr 2017) zeigen sich die von uns errechneten Bevölkerungszahlen, welche wir mit den gegebenen Bevölkerungszahlen vergleichen konnten. Anhand des Vergleichs konnten wir feststellen, wie genau die Formel das Errechnen einer Bevölkerungsanzahl ermöglicht. Ab dem Jahr 2018 lagen keine vorgegebenen Anzahlen zu den Geburten, den Sterbefällen sowie der Gesamtbevölkerung vor, weshalb wir mit Konstanten in der Formel weitergerechnet haben. Hierfür verwendeten wir für 𝞪 die durchschnittliche Geburtenanzahl der Jahre 2000-2017, welche 708325 Geburten entspricht. Für 𝞫 verwendeten wird analog die durchschnittliche Anzahl von 859470 Sterbefällen. In der Differenz von 𝞪 und 𝞫 lies sich somit eine Konstante 𝝀=-151145 ermitteln. Ebenso ergab sich eine Konstante für 𝛄, die bei -0,1844355% liegt.


(Tabelle 3) Population mit Blick in die Zukunft. Berechnung mit der durchschnittlichen Population.

JahrBevölkerungGeburtenSterbefälle𝝀=𝞪-𝞫𝛄=𝝀/ℇp(t+𝚫t)=p(t)+𝛄*p(t)
200082260000766999838797-71798-0,0876117%
200182440000734475828541-94066-0,1147843%82187931
200282537000719250841686-122436-0,1494029%82345372
200382532000706721853946-147225-0,1796517%82413687
200482501000705622818271-112649-0,1374603%82383730
200582438000685795830227-144432-0,1762436%82387594
200682315000672724821627-148903-0,1816993%82292708
200782218000684862827155-142293-0,1736335%82165434
200882002000682514844439-161925-0,1975895%82975242
200981802000665126854544-189418-0,2311379%81839973
201081752000677947858768-180821-0,2206474%81612925
201180328000662685852328-189643-0,2314124%81571616
201280524000673544869582-196038-0,2392159%80142111
201380767000682069893825-211756-0,2583959%80331374
201481198000714927868356-153429-0,1872222%80558301
201582176000737575925200-187625-0,2289500%81045979
201682522000792131910902-118771-0,1449307%81987858
201782792000784884932272-147388-0,1798506%82402400
Zukunftsausblick
201882643098708325859470-151145-0,1844355%82643098
201982490675708325859470-151145-0,1844355%82490675
202082338533708325859470-151145-0,1844355%82338533
202182286671708325859470-151145-0,1844355%82286671
202282035090708325859470-151145-0,1844355%82035090
202381883788708325859470-151145-0,1844355%81883788
202481732765708325859470-151145-0,1842596%81732765
202581582021708325859470-151145-0,1844355%81582021
202681431555708325859470-151145-0,1844355%81431555
202781281366708325859470-151145-0,1844355%81281366

Schritt 2: Zusätzliche Berücksichtigung der Schwangerschaftsabbrüche

Im zweiten Schritt unserer Berechnungen haben wir die Anzahl der gegebenen Schwangerschaftsabbrüche mit berücksichtigt. Dadurch haben sich unsere jährlichen Bevölkerungszahlen verändert. Unsere neu errechneten Anzahlen zur deutschen Bevölkerung ergeben sich aus der zugvorgegebenen Bevölkerungsanzahl in einem Jahr, addiert mit der gegebenen Abtreibungszahl im gleichen Jahr. Auch die Anzahl der jährlichen Geburten deutscher Babys steigt durch das Ausbleiben von Abtreibungen. Die neue Geburtenanzahl lässt sich durch die zuvor gezeigten Geburtenzahlen eines Jahres addiert mit der Abtreibungsanzahl im selben Jahr summieren. Für die benötigte Sterberate haben wir die gegebenen Sterbefälle mit der zuvor gegebenen (nicht neu errechneten) Bevölkerungsanzahl dividiert. Um in den folgenden Rechnungen (siehe Tabelle 5) die neue Anzahl der Gesamtsterbefälle nutzen zu können, haben wir abschließend in Tabelle 4 die neu errechnete Bevölkerungszahl eines Jahres mit der zuvor errechneten Sterberate eines Jahres multipliziert.


(Tabelle 4)

JahrBevölkerungGeburtenSterbefälleAbtreibungenSterberate
2000822600007669998387971346090,0101969000729395
2001824400007344758285411349640,0100502304706453
2002825370007192508416861303870,0101976810400184
2003825320007067218539461280300,0103468472834779
2004825010007056228182711296500,00991831614162253
2005824380006857958302271240230,0100709260292584
2006823150006727248216271197100,00998149790439167
2007822180006848628271551168710,01006050986402
2008820020006825148444391144840,0102977854198678
2009818020006651268545441106940,0104464927507885
2010817520006779478587681104310,0105045503473921
2011803280006626858523281088670,0106105965541281
2012805240006735448695821068150,0107990412796185
2013807670006820698938251028020,0110667104139067
201481198000714927868356997150,0106943028153403
201582176000737575925200992370,011258761682243
201682522000792131910902987210,0110382928188847
2017827920007848849322721012090,0112604116339743

Schritt 3: Population unter Berücksichtigung des Ausbleibens von Schwangerschaftsabbrüchen

Die Ergebnisse in folgender Tabelle ergeben sich durch ein gleiches Vorgehen wie in Tabelle 3. Die benötigten Werte, zum Lösen der Gleichungen wurden aus Tabelle 4 entnommen.


(Tabelle 5) Population, wenn es keine Schwangerschaftsabbrüche mehr geben würde. Berechnet mit der durchschnittlichen Population.

JahrBevölkerungGeburtenSterbefälle𝝀=𝞪-𝞫𝛄=𝝀/ℇp(t+𝚫t)=p(t)+𝛄*p(t)
200082394609901608840170614380,0748653%
200182574964869439829897395420,0481831%82456294
20028266738784963784301666210,0080684%82614751
200382660030834751855271-20520-0,0250041%82674057
200482630650835272819557157150,0191495%82639362
200582562023809818831476-21658-0,0263912%82646473
200682434710792434822822-30388-0,0370289%82540234
200782334871801733828331-26598-0,0324105%82404185
200882116484796998845618-48620-0,0592454%82308186
200981912694775820855700-79880-0,0973376%82067834
201081862431788378859928-71550-0,0871867%81832962
201180436867771552853483-81931-0,0998365%81791058
201280630815780359870735-90376-0,1101276%80356562
201380869802784871894963-110092-0,1341513%80542018
201481297715814642869422-54780-0,0667522%80761314
201582275237836812926317-89505-0,1090659%81243447
201682620721890852911992-21140-0,0257596%82185503
201782893209886093933412-47319-0,0576598%82599438
Zukunftsausblick
201882845413823393860673-37280-0,0454273%82845413
201982807779823393860673-37280-0,0454273%82807779
202082770161823393860673-37280-0,0454273%82770161
202182732561823393860673-37280-0,0454273%82732561
202282694978823393860673-37280-0,0454273%82694978
202382657412823393860673-37280-0,0454273%82657412
202482619863823393860673-37280-0,0454273%82619863
202582582331823393860673-37280-0,0454273%82582331
202682544816823393860673-37280-0,0454273%82544816
202782507318823393860673-37280-0,0454273%82507318

Modelierungszyklus 2

In unserem zweiten Modellierungszyklus haben wir im Vergleich zu dem ersten Zyklus nicht die durchschnittliche Bevölkerung ℇ mit eingerechnet, sondern diese durch die jährliche Populationszahl µ ersetzt.

Schritt 1: Populationsberechnung anhand jährlicher Bevölkerungsanzahl, mit Zukunftsausblick

(Tabelle 6) Population mit Blick in die Zukunft. Berechnung mit der jährlichen Population.

JahrBevölkerungGeburtenSterbefälle𝝀=𝞪-𝞫ƒ=𝝀/µp(t+𝚫t)=p(t)+(ƒ)*p(t)
200082260000766999838797-71798-0,0872818%
200182440000734475828541-94066-0,1141024%82188202
200282537000719250841686-122436-0,1483407%82345934
200382532000706721853946-147225-0,1783854%82414564
200482501000705622818271-112649-0,1365426%82384775
200582438000685795830227-144432-0,1752008%82388351
200682315000672724821627-148903-0,1808941%82293568
200782218000684862827155-142293-0,1730679%82166097
200882002000682514844439-161925-0,1974647%82075707
200981802000665126854544-189418-0,2315567%81840075
201081752000677947858768-180821-0,2211824%81612582
201180328000662685852328-189643-0,2360858%81571179
201280524000673544869582-196038-0,2434529%80138357
201380767000682069893825-211756-0,2621813%80327962
201481198000714927868356-153429-0,1889566%80555244
201582176000737575925200-187625-0,2283209%81044571
201682522000792131910902-118771-0,1439265%81988375
201782792000784884932272-147388-0,1780220%82403229
Zukunftsausblick
201882644612708325859470-151145-0,1828859%82644612
201982493467708325859470-151145-0,1832210%82493467
202082342321708325859470-151145-0,1835573%82342321
202182191176708325859470-151145-0,1838948%82191176
202282040031708325859470-151145-0,1842336%82040031
202381888885708325859470-151145-0,1845737%81888885
202481737740708325859470-151145-0,1849150%81737740
202581586595708325859470-151145-0,1852576%81586595
202681435449708325859470-151145-0,1856014%81435449
202781284304708325859470-151145-0,1859465%81284304

Schritt 2: Zusätzliche Berücksichtigung der Schwangerschaftsabbrüche

(Tabelle 7) Population, wenn es keine Schwangerschaftsabbrüche mehr geben würde. Berechnung mit der jährlichen Population.

JahrBevölkerungGeburtenSterbefälle𝝀=𝞪-𝞫𝝀/ jährliche Bevölkerungp(t+𝚫t)=p(t)+(𝞪-𝞫) *p(t)
200082394609901608840170614380,0745661%
200182574964869439829897395420,0478857%82456047
20028266738784963784301666210,0080096%82614506
200382660030834751855271-20520-0,0248242%82674008
200482630650835272819557157150,0190185%82639510
200582562023809818831476-21658-0,0262324%82646365
200682434710792434822822-30388-0,036863%82540365
200782334871801733828331-26598-0,0323044%82404322
200882116484796998845618-48620-0,0592085%82308273
200981912694775820855700-79880-0,0975189%82067864
201081862431788378859928-71550-0,0874028%81832814
201180436867771552853283-81931-0,1018577%81790881
201280630815780359870735-90376-0,1120868%80354936
201380869802784871894963-110092-0,1361345%80540439
201481297715814642869422-54780-0,0673824%80759710
201582275237836812926317-89505-0,1087876%81242935
201682620721890852911992-21140-0,0255865%82185732
201782893209886093933412-47319-0,0570839%82599581
Zukunftsausblick
201882845890823393860673-37280-0,0449993%82845890
201982808610823393860673-37280-0,0450195 %82808610
202082771330823393860673-37280-0,0450398%82771330
202182734050823393860673-37280-0,0450601%82734050
202282696770823393860673-37280-0,0450804%82696770
202382659490823393860673-37280-0,0451007%82659490
202482622210823393860673-37280-0,0451211%82622210
202582584930823393860673-37280-0,0451415%82584930
202682547650823393860673-37280-0,0451618%82547650
202782510370823393860673-37280-0,0451822%82510370

Modellierungszyklus 3

Schritt 1: Populationsentwicklung anhand linearer Populationswachstumsrate
1.1 Gebrutenrate ohne Beachtung der Schwangerschaftsabbrüche

Zunächst wird die Geburtenrate (Geburten/Bevölkerungsanzahl) berechnet (genauer aus den ermittelten Daten mittels linearer Regression als lineare Funktion gesucht).

(Tabelle 8)

JahrGeburtenrate
20000,93%
20010,89%
20020,87%
20030,86%
20040,86%
20050,83%
20060,82%
20070,83%
20080,83%
20090,81%
20100,83%
20110,82%
20120,84%
20130,84%
20140,88%
20150,9%
20160,96%
20170,95%
1.2 Lineare Regression
Abb. 2:Säulendiagramm von Geburten und Schwangerschaftsabbrüche










Diese Geburtenrate wurde nun als Lineare Regression der Funktion λ approximiert (hier wäre ein Bild der daten mit der linearer Funktion lambda(t) anschaulich).




berechne nun :


Hierbei entspricht , sowie also der Bevölkerungszahl im Jahr 2000.


somit gilt also:
ist somit die gesuchte Konstante


Rechne nun weiter mit der Formel:


Somit ergibt sich die folgende Berechnung

(Tabelle 9)

Jahrtoberechnete Bevölkerungszahl
2000082260000
2001182962982
2002283673567
2003384391849
2004485117921
2005585851878
2006686593816
2007787343832
2008888102025
2009988868496
20101089643345
20111190426675
20121291218591
20131392019197
20141492828602
20151593646913
20161694474240
20171795310694
20181896156389
20191997011439
20202097875960
20212198750069
20222299633886
202323100527530
202424101431126
202525102344796
202626103268666
202727104202865
1.3 Geburtenrate, bei Ausbleiben der Schwangerschaftsabbrüche

Als nächstes wurde die Geburtenrate berechnet, wenn es keine Schwangerschaftsabbrüche mehr gibt.

(Tabelle 10)

JahrGeburtenrate
20001,09%
20011,05%
20021,03%
20031,01%
20041,01%
20050,98%
20060,96%
20070,97%
20080,97%
20090,95%
20100,96%
20110,96%
20120,97%
20130,97%
20141,00%
20151,02%
20161,08%
20171,07%
1.4 Lineare Regression
Abb. 3:Säulendiagramm von Geburten und Schwangerschaftsabbrüche










Die Geburtenrate wurde dann erneut mittels Linearer Regression der Funktion ε approximiert




berechne nun :


Hierbei entspricht , sowie also der Bevölkerungszahl im Jahr 2000.


somit gilt also:
ist somit die gesuchte Konstante


Rechne nun weiter mit der Formel:


Somit ergibt sich die folgende Berechnung:

(Tabelle 11)

JahrtoBevölkerungszahl
2000082394609
2001183230670
2002284074524
2003384926238
2004485785875
2005586653503
2006687529188
2007788412997
2008889304998
2009990205257
20101091113844
20111192030828
20121292956278
20131393890263
20141494832855
20151595784124
20161696744141
20171797712978
20181898690708
20191999677404
202020100673138
202121101677985
202222102692019
202323103715315
202424104747948
202525105789995
202626106841531
202727107902634

Schritt 2: Populationentwicklung anhand quadratischer Populationswachstumsrate

2.1 ohne Berücksichtigung der Schwangerschaftsabbrüche

Die Parabelfunktion ɣ wurde aus den Daten, welche der Tabelle 8 zu entnehmen sind, geplottet.

Abb. 4:Säulendiagramm von Geburten und Schwangerschaftsabbrüche














berechne nun :


Hierbei entspricht , sowie also der Bevölkerungszahl im Jahr 2000.



somit gilt also:
ist somit die gesuchte Konstante


Rechne nun weiter mit der Formel:


Somit ergibt sich die folgende Berechnung (Tabelle 12)

JahrtoBevölkerungszahl
2000082260000
2001183041519
2002283808209
2003384562441
2004485306697
2005586043563
2006686775729
2007787505987
2008888237228
2009988972445
20101089714729
20111190467278
20121291233391
20131392016482
20141492820077
20151593647826
20161694503509
20171795391046
20181896314508
20191997278132
20202098286331
20212199343716
202222100455110
202323101625574
202424102860424
202525104165264
202626105546009
202727107008922


Mit der berechneten Geburtenrate (siehe Tabelle 10) lässt sich eine Parabel μ plotten.

2.1 mit Berücksichtigung der Schwangerschaftsabbrüche
Abb. 5:Säulendiagramm von Geburten und Schwangerschaftsabbrüche













Die Parabelfunktion μ wurde aus den Daten, welche der Tabelle 8 zu entnehmen sind, geplottet

μ(t)=0,00001765*t^2-0,0003t+0,0112



berechne nun :


Hierbei entspricht , sowie also der Bevölkerungszahl im Jahr 2000.



somit gilt also:
ist somit die gesuchte Konstante


Rechne nun weiter mit der Formel:


Somit ergibt sich die folgende Berechnung (Tabelle 13)

JahrtoBevölkerungsanzahl
2000082394609
2001183335594
2002284315525
2003385338462
2004486408669
2005587530627
2006688709059
2007789948948
2008891255568
2009992634511
20101094091716
20111195633508
20121297266634
20131398998308
201414100836260
201515102788786
201616104864811
201717107073955
201818109426601
201919111933983
202020114608275
202121117462691
202222120511600
202323123770650
202424127256917
202525130989054
202626134987477
202727139274563

Modelierungszyklus 4

In dem viertem Zyklus unserer Modellierung nehmen wir eine Verbesserung des dritten Modellierungszyklus vor. Dies gelingt durch die Berücksichtigung der durchschnittlichen Sterberate S. S entspricht 0,0104888808. Nach Berücksichtigung der durchschnittlichen Sterberate ergeben sich folgende Ergebnisse:

Schritt 1: Lineare Funktion
1.1: ohne Berücksichtigung der Schwangerschaftsabbrüche


berechne nun :



Hierbei entspricht , sowie also der Bevölkerungszahl im Jahr 2000.


somit gilt also:
ist somit die gesuchte Konstante


Rechne nun weiter mit der Formel:



Somit ergibt sich folgende Rechnung: (Tabelle 14)

JahrtoBevölkerungsanzahl
2000082260000
2001182097340
2002281936566
2003381777666
2004481620633
2005581465454
2006681312123
2007781160628
2008881010962
2009980863114
20101080717076
20111180572840
20121280430395
20131380289734
20141480150849
20151580013730
20161679878371
20171779744761
1.2: Lineare Funktion mit Berücksichtigung der Schwangerschaftsabbrüche

Die Geburtenrate wurde dann erneut mittels Linearer Funktion ε approximiert




berechne nun :


Hierbei entspricht , sowie also der Bevölkerungszahl im Jahr 2000.


somit gilt also:
ist somit die gesuchte Konstante


Rechne nun weiter mit der Formel:


Somit ergibt sich die folgende Berechnung: (Tabelle 15)

JahrtoBevölkerungsanzahl
2000082394609
2001182362236
2002282329200
2003382295501
2004482261142
2005582226122
2006682190443
2007782154106
2008882117110
2009982079458
20101082041150
20111182002187
20121281962570
20131381922300
20141481881378
20151581839805
20161681797582
20171781754709


Schritt 2: anhand quadratischer Populationswachstumsrate
2.1 ohne Berücksichtigung der Schwangerschaftsabbrüche



berechne nun :


Hierbei entspricht , sowie also der Bevölkerungszahl im Jahr 2000.


somit gilt also:
ist somit die gesuchte Konstante


Rechne nun weiter mit der Formel:


Somit ergibt sich die folgende Berechnung (Tabelle 16)

JahrtoBevölkerungsanzahl
2000082260000
2001182199715
2002282166954
2003382164519
2004482195244
2005582262003
2006682367725
2007782515409
2008882708131
2009982949068
20101083241511
20111182588882
20121283994758
20131384462890
20141484997227
20151585601945
20161686281471
20171787040518
2.2 mit Berücksichtigung der Schwangerschaftsabbrüche


berechne nun :


Hierbei entspricht , sowie also der Bevölkerungszahl im Jahr 2000.



somit gilt also:
ist somit die gesuchte Konstante


Rechne nun weiter mit der Formel:

Somit ergibt sich die folgende Berechnung (Tabelle 17)


JahrtoBevölkerungsanzahl
2000082394609
2001182348862
2002282330676
2003382342873
2004482388308
2005582469882
2006682590552
2007782753344
2008882961368
2009983217835
20101083526072
20111183889541
20121284311863
20131384796834
20141485348454
20151585970952
20161686668813
20171787446811

Fehlerberechnung zu den Zyklen 1-4


Um unsere Berechnungen in den Zyklen 1 bis 4 besser vergleichen zu können, haben wir im Folgenden jeweils den absoluten sowie den relativen Fehler für jedes Jahr von 2000 bis 2017 in allen Zyklen berechnet. Der gibt den Unterschied zwischen Messwert und dem wahren Wert an. Dieser errechnet sich durch die Formel: . Hierbei entspricht dem Messwert und dem wahren Wert. Der ergibt sich aus dem Quotienten des absoluten Fehler und dem wahren Wert. Bei der Berechnung des relativen Fehlers ergibt sich dieser durch die Formel: . Die Berechnungen der absoluten und der relativen Fehler lassen sich nur bis zu dem Jahr 2017 ermitteln, da zur Berechnung dieser der wahre Wert der Bevölkerungsanzahl benötigt wird und wir diesen nur bis zum Jahr 2017 von https://de.statista.com entnehmen konnten.


Zyklus 1

(Tabelle 18) Ohne Berücksichtigung der Schwangerschaftsabbrüche

JahrAbsoluter FehlerRelativer Fehler in %
2000
20012520690,14
20021916280,06
20031183130,02
20041172700,01
2005504060,1
2006222920,13
2007525660,08
20089732420,23
2009379730,19
20101390750,04
201112436161,66
20123818890,34
20134356260,41
20146396990,66
201511300211,27
20165341420,65
20173896000,36


(Tabelle 19) Mit Berücksichtigung der Schwangerschaftsabbrüche

JahrAbsoluter FehlerRelativer Fehler in %
2000
20011186700,31%
2002526360,21%
2003140270,14%
200487120,14%
2005844500,06%
20061055240,03
2007693140,06
20081917021,19
20091551400,05
2010294690,17
201113541911,55
20122742530,47
20133277840,54
20145364010,79
201510317901,38
20164352180,65
20172937710,47

Zyklus 2

(Tabelle 20) Ohne Berücksichtigung der Schwangerschaftsabbrüche

JahrAbsoluter FehlerRealtiver Fehler in %
2000
20012517980,31
20021910660,23
20031174360,14
20041162250,14
2005496490,06
2006214320,03
2007519030,06
2008737070,09
2009380750,05
20101394180,17
201112431791,55
20123856430,48
20134390380,54
20146427560,79
201511314291,38
20165336250,65
20173887710,47


(Tabelle 21) Mit Berücksichtigung der Schwangerschaftsabbrüche

JahrAbsoluter FehlerRelativer Fehler in %
2000
20011189170,14
2002528810,06
2003139780,02
200488600,01
2005843420,1
20061056550,13
2007694510,08
20081917890,23
20091551700,19
2010296170,04
201113540141,68
20122758790,34
20133293630,41
20145380050,66
201510323021,25
20164349890,53
20172936280,35

Zyklus 3

(Tabelle 22) Ohne Berücksichtigung der Schwangerschaftsabbrüche (Linear)

JahrAbsoluter FehlerRelativer Fehler in %
200000
20015229820,63
200211365671,36
200318598492,25
200426169213,07
200534138784,14
200642788164,94
200751258326,23
200861000256,92
200970664968,64
201078913458,8
20111009876512,57
20121069459111,72
20131125219713,93
20141163060212,53
20151147091313,96
20161195224012,65
20171251869415,12


(Tabelle 23) Mit Berücksichtigung der Schwangerschaftsabbrüche (Linear)

JahrAbsoluter FehlerRelativer Fehler in %
200000
20016557060,79
200214071371,7
200322662082,74
200431552253,82
200540914804,96
200650944786,18
200760781267,38
200871885148,75
2009829256310,12
2010925141311,3
20111159396114,41
20121232546315,29
20131302046116,1
20141353514016,65
20151350888716,42
20161412342017,09
20171481976917,88

(Tabelle 24) Ohne Berücksichtigung der Schwangerschaftsabbrüche (Parabel)

JahrAbsoluter FehlerRelativer Fehler in %
200000
20016015190,73
200212712091,54
200320304412,46
200428056973,4
200536055634,37
200644607295,42
200752879876,43
200862352287,6
200971704458,77
201079627299,74
20111013927812,62
20121070939113,3
20131124948213,93
20141162207714,31
20151147182613,96
20161198150914,52
20171259904615,22


(Tabelle 25) Mit Berücksichtigung der Schwangerschaftsabbrüche (Parabel)

JahrAbsoluter FehlerRelativer Fehler in %
200000
20017606300,92
200216481381,99
200326784323,24
200437780194,57
200549686046,02
200662743497,61
200776140779,25
2008913908411,13
20091072181713,09
20101222928514,94
20111519664118,89
20121663581920,63
20131812850622,42
20141953854524,03
20152051354924,93
20162224409026,92
20172418074629,17

Zyklus 4

(Tabelle 26) Linear ohne Berücksichtigung der Abbrüche

JahrAbsoluter FehlerRelativer Fehler
200000
20013426600,42
20026004340,73
20037543340,91
20048803671,07
20059725461,18
200610028771,22
200710573721,29
20089910381,21
20099388861,15
201010349241,27
20112448400,3
2012936050,12
20134772660,59
201410471511,29
201521622702,63
201626436293,20
201730472393,68


(Tabelle 27) Linear mit Berücksichtigung der Abbrüche

JahrAbsoluter FehlerRelativer Fehler
200000
20012127280,26
20023381870,41
20033645290,44
20043695080,45
20053359010,41
20062442670,30
20071807650,22
20086260,001
20091667640,20
20101787190,22
201115653201,95
201213317551,65
201310524981,30
20145836630,72
20154354320,53
20168231391,00
201711385001,37


(Tabelle 28) Parabel ohne Berücksichtigung der Abbrüche

JahrAbsoluter FehlerRelativer Fehler
200000
20012402850,29
20023700460,45
20033674810,45
20043057560,37
20051759970,21
2006527250,06
20072974090,36
20087061310,86
200911470681,40
201014895111,82
201122608822,81
201234707584,31
201336958904,58
201437992274,68
201534259454,17
201637594714,56
201742485185,13


(Tabelle 29) Parabel mit Berücksichtigung der Abbrüche

JahrAbsoluter FehlerRelativer Fehler
200000
20012261020,27
20023367110,41
20033171570,38
20042423420,29
2005921410,11
20061558420,19
20074184730,51
20088448841,03
200913051411,59
201016636412,03
201134526744,29
201236810484,57
201339270324,86
201440507394,98
201536957154,49
201640480924,90
201745536025,49


Abb. 6: Relativer Fehler ohne Schwangerschaftsabbrüche, linear


Abb. 7: Relativer Fehler mit Schwangerschaftsabbrüchen, linear

Modellierungsalternativen (A7)

Ein nächster Modellierungszyklus könnte zu unseren vorherigen Berechnungen Totgeburten mitberücksichtigen. Eine solche Totgeburt liegt vor, wenn nach der Geburt eines Embryos keine Anzeichen auf Leben von diesem zu erkennen sind oder sogenannte Mindermaße, welche sch auf die Körpergröße und das Körpergewicht beziehen, bei dem Geborenen zu erkennen sind. Wir haben in unserer Modellbildung mit den Anzahlen von Geburten, der Bevölkerung, Sterbefällen und Abtreibungen gearbeitet. Eine Alternative im Blick auf die Todgeburten wäre, diese als prozentuale Auswirkung auf die Anzahl der Abtreibungen mit einzubeziehen. Zudem könnten die Anzahlen von Einwanderern und Auswanderern ebenfalls berücksichtigt werden. Einwanderer, auch als Migranten bezeichnet sind Menschen, welche ihre ursprünglichen Wohnorte verlassen haben um an einem neuen Ort, in einem neuen Land Fuß zu fassen und sich dort dauerhaft oder für einen längeren Zeitraum nieder zu lassen. Auswanderer hingegen, auch Emigranten genannt, sind solche, die ihr Heimatland auf Dauer verlassen, ein anderes Land besiedeln und somit zu den sogenannten Einwanderern werden.

Resümee

Wir betrachten, um ein Resultat aus unserer mathematischen Modellbildung ziehen zu können, die sozialen Auswirkungen des demographischen Wandels. Die Anzahl der Geburten sowie die Anzahl der Sterbefälle haben, wie zuvor gezeigt, Auswirkungen auf die Population und somit auf das Sozialversicherungssystem in Deutschland. Je weniger Geburten, desto problematischer die Funktionalität des Sozialversicherungssystems und die damit verbundenen Renten-, Kranken- und Pflegeversicherungen sowie der Wirtschaft und der Siedlungsstruktur. Nach unseren Berechnungen ist es nach dem Ausbleiben von Schwangerschaftsabbrüchen zwar so, dass im Zukunftsausblick (bis 2027) immer noch mehr Menschen sterben als die Anzahl der Geburten plus die durchschnittlichen Schwangerschaftsabbrüche bis 2017, aber dennoch sinkt die Differenz der Sterbefälle und der Geborenen bei einem Ausbleiben der Schwangerschaftsabbrüche. Aufgrund der Berechnungen des relativen Fehlers ist davon auszugehen, dass die Bevölkerungsberechnung mittels der linearen Regression (Zyklus 4) am genausten berechnet wurde. Somit lässt sich anhand dieser Ergebnisse sagen, dass die Population im Zukunftsausblick, im Falle dass es weiterhin Schwangerschaftsabbrüche gibt, im Vergleich zur heutigen Situation abnimmt. Ein ähnliches Ergebnis ist ebenfalls zu errechnen, sollte es keine Schwangerschaftsabbrüche mehr geben. Dabei sinkt die Bevölkerungszahl im Vergleich zur aktuellen Population also ebenfalls. Jedoch ist diese Abnahme geringer und die Bevölkerungsanzahl sinkt insgesamt langsamer. Abschließend ist zu sagen, dass bei einem Ausbleiben der Schwangerschaftsabbrüche natürlich mehr junge Menschen geboren werden, die ihren Teil zu dem Sozialversicherungssystem im eintretenden Alter der Verantwortung beitragen. Im Umkehrschluss muss die Mehranzahl an geborenen Menschen bei Berücksichtigung eines Ausbleibens von Schwangerschaftsabbrüchen im Alter natürlich auch vom Sozialversicherungssystem unterstützt werden. Jedoch sinkt die Population in unserem Zukunftsausblick bis 2027 im Vergleich zur heutigen Situation so, dass man sagen kann, dass dieses System bei einem Ausbleiben von Schwangerschaftsabbrüchen weiterhin funktionieren sollte.

Einordnung der Modellierung in die Nachhaltigkeitsziele der Vereinten Nationen (A4)

SDG 3: Good Health and Well-being

Ein gesundes Leben soll für alle Menschen, auch für ungeborene Menschen, gewährleistet werden.


SDG 8: Decent Work and Economic Growth

Durch das Ausbleiben von Schwangerschaftsabbrüchen wächst die Bevölkerungszahl Deutschlands. Demzufolge existieren mehr Menschen, die im Hinblick auf das Wirtschaftswachstum dieses beeinflussen und zudem ihren Anteil auf dem deutschen Arbeitsmarkt beitragen.


SDG 10: Reduced Inequalities

Die Gesetzgebung sieht in allen Ländern der Erde unterschiedlich aus. Auch im Thema Schwangerschaftsabbrüche haben die verschiedenen Länder unterschiedliche Ansichten. Aus diesem Grund behandeln unterschiedliche Länder die Grenze des Zeitpunktes eines Schwangerschaftsabbruches sowie die möglichen Methoden für einen Schwangerschaftsabbruch unterschiedlich.


SDG 16: Peace, Justice and Strong Institutions

Wenn es keine Schwangerschaftsabbrüche mehr gibt, wird jedem ungeborenen Kind ein Recht auf Leben gegeben.

Literaturhinweise

  • Engel, Joachim: Anwendungsorientierte Mathematik: Von Daten zur Funktion, Springer Spektrum 2018
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