Mathebattle EduRandomtasks

Aufgabentypen anhand von Beispielen durchstöbern

Browserfenster aktualisieren (F5), um neue Beispiele bei den Aufgabentypen zu sehen

Erwartungswerte bei Binomialverteilungen

Beispiel:

Auf einem Jahrmarkt wird Torwandschießen angeboten. Dabei darf man für 20€ Einsatz 6 Schüsse abgeben. Trifft man alle 6, so erhält man 1000€. Bei 5 Treffern bekommt man 500€, und bei 4 Treffern 30€. 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=0,3 ausgehen kann?
(Das Ergebnis bitte auf 2 Stellen runden!)

Lösung einblenden

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=0.3.

P_{0.3}^{6} (X \leq 3)

P_{0.3}^{6} (X = 0)

P_{0.3}^{6} (X = 1)

P_{0.3}^{6} (X = 2)

P_{0.3}^{6} (X = 3)

= 0.92953 ≈ 0.9295
(TI-Befehl: binomcdf(6,0.3,3))

Trefferzahl: 4

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.3.

P_{0.3}^{6} (X = 4)

(\begin{matrix} 6 \\ 4 \end{matrix}) \cdot {0.3}^{4} \cdot {0.7}^{2}

=0.059535≈ 0.0595
(TI-Befehl: binompdf(6,0.3,4))

Trefferzahl: 5

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.3.

P_{0.3}^{6} (X = 5)

(\begin{matrix} 6 \\ 5 \end{matrix}) \cdot {0.3}^{5} \cdot {0.7}^{1}

=0.010206≈ 0.0102
(TI-Befehl: binompdf(6,0.3,5))

Trefferzahl: 6

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.3.

P_{0.3}^{6} (X = 6)

(\begin{matrix} 6 \\ 6 \end{matrix}) \cdot {0.3}^{6} \cdot {0.7}^{0}

=0.000729≈ 0.0007
(TI-Befehl: binompdf(6,0.3,6))

Erwartungswerte der Zufallsgrößen X und Y

Ereignis	0-3	4	5	6
Zufallsgröße x_i	0	30	500	1000
Zufallsgröße y_i (Gewinn)	-20	10	480	980
P(X=x_i)	0.9295	0.0595	0.0102	0.0007
x_i ⋅ P(X=x_i)	$0$	$1,785$	$5,1$	$0,7$
y_i ⋅ P(Y=y_i)	$- 18,59$	$0,595$	$4,896$	$0,686$

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.9295 + 30⋅0.0595 + 500⋅0.0102 + 1000⋅0.0007

≈ 7.59

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)=7.59 - 20 = -12.41 ergibt.

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

E(Y)= -20⋅0.9295 + 10⋅0.0595 + 480⋅0.0102 + 980⋅0.0007

≈ -12.41

Erwartungswerte mit gesuchten Anzahlen im WS-Baum

Beispiel:

In einem Kartenstapel befinden sich 4 Asse und 14 weitere Karten. Nachdem diese gut gemischt wurden, darf ein Spieler 3 Karten ziehen. Für jedes As, das unter den drei Karten ist, erhält er dabei 10€. Mit welchem Gewinn kann er rechnen?
(Denk daran, den Bruch vollständig zu kürzen!)

Lösung einblenden

Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Ausgänge

Ereignis	P
As -> As -> As	$\frac{1}{204}$
As -> As -> andereKarte	$\frac{7}{204}$
As -> andereKarte -> As	$\frac{7}{204}$
As -> andereKarte -> andereKarte	$\frac{91}{612}$
andereKarte -> As -> As	$\frac{7}{204}$
andereKarte -> As -> andereKarte	$\frac{91}{612}$
andereKarte -> andereKarte -> As	$\frac{91}{612}$
andereKarte -> andereKarte -> andereKarte	$\frac{91}{204}$

Die Wahrscheinlichkeit für 0 mal 'As' ist: $\frac{91}{204}$

Die Wahrscheinlichkeit für 1 mal 'As' ist: $\frac{91}{612}$ + $\frac{91}{612}$ + $\frac{91}{612}$ = $\frac{91}{204}$

Die Wahrscheinlichkeit für 2 mal 'As' ist: $\frac{7}{204}$ + $\frac{7}{204}$ + $\frac{7}{204}$ = $\frac{7}{68}$

Die Wahrscheinlichkeit für 3 mal 'As' ist: $\frac{1}{204}$

Die Zufallsgröße X beschreibt den Gewinn für die 3 gezogenen Karten.

Erwartungswert der Zufallsgröße X

Ereignis	0	1	2	3
Zufallsgröße x_i	0	10	20	30
P(X=x_i)	$\frac{91}{204}$	$\frac{91}{204}$	$\frac{7}{68}$	$\frac{1}{204}$
x_i ⋅ P(X=x_i)	$0$	$\frac{455}{102}$	$\frac{35}{17}$	$\frac{5}{34}$

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅ $\frac{91}{204}$ + 10⋅ $\frac{91}{204}$ + 20⋅ $\frac{7}{68}$ + 30⋅ $\frac{1}{204}$

= $0$ $+$ $\frac{455}{102}$ $+$ $\frac{35}{17}$ $+$ $\frac{5}{34}$
= $\frac{0}{102}$ $+$ $\frac{455}{102}$ $+$ $\frac{210}{102}$ $+$ $\frac{15}{102}$
= $\frac{680}{102}$
= $\frac{20}{3}$

≈ 6.67