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Erwartungswerte bei Binomialverteilungen

Beispiel:

Es werden drei Würfel geworfen. Wieviel Sechser muss man erwarten?
(Das Ergebnis bitte auf 2 Stellen runden!)

Lösung einblenden

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

Trefferzahl: 0

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=3 und p= $\frac{1}{6}$ .

P_{\frac{1}{6}}^{3} (X = 0)

(\begin{matrix} 3 \\ 0 \end{matrix}) \cdot {(\frac{1}{6})}^{0} \cdot {(\frac{5}{6})}^{3}

=0.5787037037037≈ 0.5787
(TI-Befehl: binompdf(3,1/6,0))

Trefferzahl: 1

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=3 und p= $\frac{1}{6}$ .

P_{\frac{1}{6}}^{3} (X = 1)

(\begin{matrix} 3 \\ 1 \end{matrix}) \cdot {(\frac{1}{6})}^{1} \cdot {(\frac{5}{6})}^{2}

=0.34722222222222≈ 0.3472
(TI-Befehl: binompdf(3,1/6,1))

Trefferzahl: 2

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=3 und p= $\frac{1}{6}$ .

P_{\frac{1}{6}}^{3} (X = 2)

(\begin{matrix} 3 \\ 2 \end{matrix}) \cdot {(\frac{1}{6})}^{2} \cdot {(\frac{5}{6})}^{1}

=0.069444444444444≈ 0.0694
(TI-Befehl: binompdf(3,1/6,2))

Trefferzahl: 3

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=3 und p= $\frac{1}{6}$ .

P_{\frac{1}{6}}^{3} (X = 3)

(\begin{matrix} 3 \\ 3 \end{matrix}) \cdot {(\frac{1}{6})}^{3} \cdot {(\frac{5}{6})}^{0}

=0.0046296296296296≈ 0.0046
(TI-Befehl: binompdf(3,1/6,3))

Erwartungswert der Zufallsgröße X

Ereignis	0	1	2	3
Zufallsgröße x_i	0	1	2	3
P(X=x_i)	0.5787	0.3472	0.0694	0.0046
x_i ⋅ P(X=x_i)	$0$	$0,3472$	$0,1388$	$0,0138$

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.5787 + 1⋅0.3472 + 2⋅0.0694 + 3⋅0.0046

≈ 0.5

Erwartungswerte mit gesuchten Anzahlen im WS-Baum

Beispiel:

Auf einen Schüleraustausch bewerben sich 21 Mädchen und 11 Jungs. Weil aber leider weniger Plätze zur Verfügung stehen, muss gelost werden. Bestimme den Erwartungswert (als Bruch oder Dezimalzahl) für die Anzahl an Mädchen bei den ersten 3 verlosten Plätzen.
(Denk daran, den Bruch vollständig zu kürzen!)

Lösung einblenden

Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Ausgänge

Ereignis	P
Mädchen -> Mädchen -> Mädchen	$\frac{133}{496}$
Mädchen -> Mädchen -> Jungs	$\frac{77}{496}$
Mädchen -> Jungs -> Mädchen	$\frac{77}{496}$
Mädchen -> Jungs -> Jungs	$\frac{77}{992}$
Jungs -> Mädchen -> Mädchen	$\frac{77}{496}$
Jungs -> Mädchen -> Jungs	$\frac{77}{992}$
Jungs -> Jungs -> Mädchen	$\frac{77}{992}$
Jungs -> Jungs -> Jungs	$\frac{33}{992}$

Die Wahrscheinlichkeit für 0 mal 'Mädchen' ist: $\frac{33}{992}$

Die Wahrscheinlichkeit für 1 mal 'Mädchen' ist: $\frac{77}{992}$ + $\frac{77}{992}$ + $\frac{77}{992}$ = $\frac{231}{992}$

Die Wahrscheinlichkeit für 2 mal 'Mädchen' ist: $\frac{77}{496}$ + $\frac{77}{496}$ + $\frac{77}{496}$ = $\frac{231}{496}$

Die Wahrscheinlichkeit für 3 mal 'Mädchen' ist: $\frac{133}{496}$

Die Zufallsgröße X beschreibt die Anzahl an Mädchen unter den drei verlosten Plätzen.

Erwartungswert der Zufallsgröße X

Ereignis	0	1	2	3
Zufallsgröße x_i	0	1	2	3
P(X=x_i)	$\frac{33}{992}$	$\frac{231}{992}$	$\frac{231}{496}$	$\frac{133}{496}$
x_i ⋅ P(X=x_i)	$0$	$\frac{231}{992}$	$\frac{231}{248}$	$\frac{399}{496}$

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅ $\frac{33}{992}$ + 1⋅ $\frac{231}{992}$ + 2⋅ $\frac{231}{496}$ + 3⋅ $\frac{133}{496}$

= $0$ $+$ $\frac{231}{992}$ $+$ $\frac{231}{248}$ $+$ $\frac{399}{496}$
= $\frac{0}{992}$ $+$ $\frac{231}{992}$ $+$ $\frac{924}{992}$ $+$ $\frac{798}{992}$
= $\frac{1953}{992}$
= $\frac{63}{32}$

≈ 1.97