Ich wollte gerade Daniel mit einem beherztem „ja, 'zahlreiches Publikum' ist Quatsch“ zustimmen, da hat mich ein Blick in den Duden-Band „Richtiges und gutes Deutsch“ doch noch umgestimmt.

Darin heißt es: „Das Adjektiv zahlreich hat einmal die Bedeutung „eine große Zahl ausmachend, aus vielen Einheiten bestehend“: In diesem Sinn steht es bei Sammelnamen oder dergleichen (eine zahlreiche Familie, Gruppe, Herde; zahlreicher Besuch. Die Gesellschaft war zahlreich.)[...]“

Das heißt also, „ein zahlreiches Publikum“ ist durchaus auch richtig und zulässig.

Ich persönlich finde „zahlreiches Publikum“ zwar „irgendwie komisch“, weil ich zahlreich eigentlich nur in der Bedeutung „sehr viele“ und dann immer nur in Verbindung mit Substantiven im Plural gekannt hatte (also „zahlreiche Zuschauer“ u.ä.), aber richtig ist es laut Duden allemal. Wieder was dazugelernt.

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Note added at 22 mins (2009-11-14 19:01:56 GMT)
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Na, vielleicht hätte ich mir doch die Frage etwas genauer durchlesen sollen. Dir ging es ja mehr darum, was das Sprachgefühl sagt, nicht darum, ob es richtig oder falsch ist.

Wie gesagt, vermeiden würde „ein zahlreiches Publikum“ schon auch.