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Erwartungswert ganz offen

Beispiel:

Ein Spielautomatenhersteller bekommt von einem Kunden den Auftrag einen Automaten zu entwickeln, der folgenden Bedingungen erfüllt.

Der Einsatz für ein Spiel soll 2€ betragen
auf lange Sicht soll er 10ct Gewinn pro Spiel für den Betreiber abwerfen
es sollen 5 verschiedene Felder (Kirsche, Zitrone, Apfel, Banane, Erdbeere) mit verschiedenen Auszahlungsbeträgen sein
bei einem Feld soll keine Auszahlung erfolgen
um Kunden zu locken soll bei einem Feld 30€ ausgezahlt werden

Ordne den 5 Optionen so Wahrscheinlichkeiten und Auszahlungsbeträge zu, dass diese Bedingungen erfüllt sind.

Lösung einblenden

Eine (von vielen möglichen) Lösungen:

Als erstes schreiben wir mal die Vorgaben in die Tabelle rein.

	Kirsche	Zitrone	Apfel	Banane	Erdbeere
X (z.B. Auszahlung)	0				30
Y Gewinn (Ausz. - Einsatz)	-2				28
P(X) = P(Y)
Y ⋅ P(Y)

Jetzt setzen wir die Wahrscheinlichkeiten so, dass der negative Beitrag vom minimalen Betrag zum Erwartungswert den gleichen Betrag hat wie der positve vom maximalen Betrag.(dazu einfach jeweils den Gewinn in den Nenner der Wahrscheinlichkeit)

	Kirsche	Zitrone	Apfel	Banane	Erdbeere
X (z.B. Auszahlung)	0				30
Y Gewinn (Ausz. - Einsatz)	-2				28
P(X) = P(Y)	$\frac{1}{2}$				$\frac{1}{28}$
Y ⋅ P(Y)	$- 1$				$1$

Bei der mittleren Option setzen wir den Betrag einfach gleich wie den Einsatz, so dass diese den Erwartungswert nicht verändert.
Als Wahrscheinlichkeit wählen wir einen Bruch so, dass die Restwahrscheinlichkeit für die verbleibenden zwei Optionen nicht allzu kompliziert wird.

	Kirsche	Zitrone	Apfel	Banane	Erdbeere
X (z.B. Auszahlung)	0		2		30
Y Gewinn (Ausz. - Einsatz)	-2		0		28
P(X) = P(Y)	$\frac{1}{2}$		$\frac{3}{14}$		$\frac{1}{28}$
Y ⋅ P(Y)	$- 1$		$0$		$1$

Die bisherigen Optionen vereinen eine Wahrscheinlichkeit von $\frac{1}{2}$ + $\frac{3}{14}$ + $\frac{1}{28}$ = $\frac{3}{4}$
Als Restwahrscheinlichkeit für die verbleibenden Beträge bleibt nun also 1- $\frac{3}{4}$ = $\frac{1}{4}$ .
Diese wird auf die beiden verbleibenden Optionen verteilt:

	Kirsche	Zitrone	Apfel	Banane	Erdbeere
X (z.B. Auszahlung)	0		2		30
Y Gewinn (Ausz. - Einsatz)	-2		0		28
P(X) = P(Y)	$\frac{1}{2}$	$\frac{1}{8}$	$\frac{3}{14}$	$\frac{1}{8}$	$\frac{1}{28}$
Y ⋅ P(Y)	$- 1$		$0$		$1$

Damit nun der Erwartungswert =0 wird, müssen sich die beiden noch verbleibenden Anteile daran gegenseitig aufheben. Dies erreicht man, in dem man den Gewinn jeweils gleich 'weit vom Einsatz weg' (nämlich $1$ ) setzt.

	Kirsche	Zitrone	Apfel	Banane	Erdbeere
X (z.B. Auszahlung)	0	1	2	3	30
Y Gewinn (Ausz. - Einsatz)	-2	-1	0	1	28
P(X) = P(Y)	$\frac{1}{2}$	$\frac{1}{8}$	$\frac{3}{14}$	$\frac{1}{8}$	$\frac{1}{28}$
Y ⋅ P(Y)	$- 1$	$- \frac{1}{8}$	$0$	$\frac{1}{8}$	$1$

Weil der Erwartungswert ja aber nicht 0 sondern $- \frac{1}{10}$ sein soll, müssen wir nun noch den Auszahlungsbetrag bei der 2. Option (betragsmäßig) vergrößern. Und zwar so, dass er mit der Wahrscheinlichkeit $\frac{1}{8}$ multipliziert gerade um $- \frac{1}{10}$ wächst.
Also x ⋅ $\frac{1}{8}$ = $- \frac{1}{10}$ => x= $- \frac{1}{10}$ : $\frac{1}{8}$ = $- \frac{4}{5}$ = -0.8
Die neue Auszahlung für 'Zitrone' ist also 0.2

	Kirsche	Zitrone	Apfel	Banane	Erdbeere
X (z.B. Auszahlung)	0	0.2	2	3	30
Y Gewinn (Ausz. - Einsatz)	-2	-1.8	0	1	28
P(X) = P(Y)	$\frac{1}{2}$	$\frac{1}{8}$	$\frac{3}{14}$	$\frac{1}{8}$	$\frac{1}{28}$
Y ⋅ P(Y)	$- 1$	$- \frac{9}{40}$	$0$	$\frac{1}{8}$	$1$

Wenn man nun den Erwartungswert berechnet, kommt der gesuchte heraus:

E(Y)= -2⋅ $\frac{1}{2}$ + -1.8⋅ $\frac{1}{8}$ + 0⋅ $\frac{3}{14}$ + 1⋅ $\frac{1}{8}$ + 28⋅ $\frac{1}{28}$

= $- 1$ $- \frac{9}{40}$ $+$ $0$ $+$ $\frac{1}{8}$ $+$ $1$
= $- \frac{40}{40}$ $- \frac{9}{40}$ $+$ $\frac{0}{40}$ $+$ $\frac{5}{40}$ $+$ $\frac{40}{40}$
= $- \frac{4}{40}$
= $- \frac{1}{10}$

≈ -0.1

Erwartungswerte

Beispiel:

Bei einer Tombola steht auf jedem zehnten Los 100 Punkte, auf jedem fünften Los 35 Punkte, auf jedem vierten Los 12 Punkte und auf allen anderen 1 Punkt. Wie viele Punkte bringt ein Los durchschnttlich ein?

Lösung einblenden

Die Zufallsgröße X beschreibt die Anzahl der Punkte auf einem Los.

Erwartungswert der Zufallsgröße X

Ereignis	100	35	12	1
Zufallsgröße x_i	100	35	12	1
P(X=x_i)	$\frac{1}{10}$	$\frac{1}{5}$	$\frac{1}{4}$	$\frac{9}{20}$
x_i ⋅ P(X=x_i)	$10$	$7$	$3$	$\frac{9}{20}$

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 100⋅ $\frac{1}{10}$ + 35⋅ $\frac{1}{5}$ + 12⋅ $\frac{1}{4}$ + 1⋅ $\frac{9}{20}$

= $10$ $+$ $7$ $+$ $3$ $+$ $\frac{9}{20}$
= $\frac{409}{20}$

≈ 20.45