Aufgabenbeispiele von komplexere Erwartungswerte

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Erwartungswerte bei Binomialverteilungen

Beispiel:

Auf einem Jahrmarkt wird Torwandschießen angeboten. Dabei darf man für 7€ Einsatz 6 Schüsse abgeben. Trifft man alle 6, so erhält man 3000€. Bei 5 Treffern bekommt man 400€, und bei 4 Treffern 40€. Trifft man weniger als 4 mal, so erhält man nichts. Mit welchem durchschnittlichen Gewinn pro Spiel kann ein Spieler rechnen, wenn man von einer Trefferwahrscheinlichkeit von p=0,24 ausgehen kann?
(Das Ergebnis bitte auf 2 Stellen runden!)

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Zuerst müssen wir die Wahrscheinlichkeiten für die einzelnen 'Trefferzahlen' bestimmen:

Trefferzahl: 0-3

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.24.

P0.246 (X3) = P0.246 (X=0) + P0.246 (X=1) + P0.246 (X=2) + P0.246 (X=3) = 0.96743286784 ≈ 0.9674
(TI-Befehl: binomcdf(6,0.24,3))

Trefferzahl: 4

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.24.

P0.246 (X=4) = ( 6 4 ) 0.244 0.762 =0.02874507264≈ 0.0287
(TI-Befehl: binompdf(6,0.24,4))

Trefferzahl: 5

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.24.

P0.246 (X=5) = ( 6 5 ) 0.245 0.761 =0.003630956544≈ 0.0036
(TI-Befehl: binompdf(6,0.24,5))

Trefferzahl: 6

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.24.

P0.246 (X=6) = ( 6 6 ) 0.246 0.760 =0.000191102976≈ 0.0002
(TI-Befehl: binompdf(6,0.24,6))

Erwartungswerte der Zufallsgrößen X und Y

Ereignis 0-3 4 5 6
Zufallsgröße xi 0 40 400 3000
Zufallsgröße yi (Gewinn) -7 33 393 2993
P(X=xi) 0.9674 0.0287 0.0036 0.0002
xi ⋅ P(X=xi) 0 1,148 1,44 0,6
yi ⋅ P(Y=yi) -6,7718 0,9471 1,4148 0,5986

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.9674 + 40⋅0.0287 + 400⋅0.0036 + 3000⋅0.0002

3.19

Das ist jetzt allerdings der Erwartungswert der Auszahlung, von dem man noch den Einsatz abziehen muss, so dass sich als Erwartungswert des Gewinns E(x)=3.19 - 7 = -3.81 ergibt.

Oder man rechnet gleich den Erwartungswert der einzelnen Gewinne (X2) aus:

E(Y)= -7⋅0.9674 + 33⋅0.0287 + 393⋅0.0036 + 2993⋅0.0002

-3.81

Erwartungswerte mit best. Optionen im WS-Baum

Beispiel:

In einem Stapel Karten mit 2 Asse, 6 Könige, 4 Damen und 3 Buben werden 2 Karten gezogen. Dabei zählen 2 Asse 1000, 2 Könige 450, 2 Damen 180 und 2 Buben 90 Punkte. Außerdem gibt es für ein Paar aus Dame und König 25 Punkte. Wie viele Punkte kann man bei diesem Spiel erwarten?
(Denk daran, den Bruch vollständig zu kürzen!)

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Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Ausgänge

EreignisP
As -> As 1 105
As -> König 2 35
As -> Dame 4 105
As -> Bube 1 35
König -> As 2 35
König -> König 1 7
König -> Dame 4 35
König -> Bube 3 35
Dame -> As 4 105
Dame -> König 4 35
Dame -> Dame 2 35
Dame -> Bube 2 35
Bube -> As 1 35
Bube -> König 3 35
Bube -> Dame 2 35
Bube -> Bube 1 35

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Asse' ist:

P('As'-'As')
= 1 105

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Könige' ist:

P('König'-'König')
= 1 7

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Damen' ist:

P('Dame'-'Dame')
= 2 35

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Buben' ist:

P('Bube'-'Bube')
= 1 35

Die Wahrscheinlichkeit für 'Paar (D&K)' ist:

P('König'-'Dame') + P('Dame'-'König')
= 4 35 + 4 35 = 8 35

Die Zufallsgröße X beschreibt die gewonnenen Punkte.

Erwartungswert der Zufallsgröße X

Ereignis 2 Asse 2 Könige 2 Damen 2 Buben Paar (D&K)
Zufallsgröße xi 1000 450 180 90 25
P(X=xi) 1 105 1 7 2 35 1 35 8 35
xi ⋅ P(X=xi) 200 21 450 7 72 7 18 7 40 7

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 1000⋅ 1 105 + 450⋅ 1 7 + 180⋅ 2 35 + 90⋅ 1 35 + 25⋅ 8 35

= 200 21 + 450 7 + 72 7 + 18 7 + 40 7
= 200 21 + 1350 21 + 216 21 + 54 21 + 120 21
= 1940 21

92.38