Pestalozzi Gymnasium Biberach EduRandomtasks

Zufallsgröße (ohne Wahrscheinlichkeit)

Beispiel:

Ein Würfel mit nebenstehendem Netz wird 2 mal geworfen. Die Zufallsgröße X beschreibt die Differenz: Augenzahl beim ersten Wurf - Augenzahl beim zweiten Wurf. Gib alle Werte an, die die Zufallsgröße X annehmen kann.

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Für die Zufallsgröße X: 'Differenz Würfel1 - Würfel2' sind folgende Werte möglich:

Zufallsgröße X	X = -2	X = -1	X = 0	X = 1	X = 2
zugehörige Ereignisse	3 - 5	3 - 4 4 - 5	3 - 3 4 - 4 5 - 5	4 - 3 5 - 4	5 - 3

Zufallsgröße WS-Verteilung

Beispiel:

Ein Würfel mit nebenstehendem Netz wird 2 mal geworfen. Die Zufallsgröße X beschreibt die Differenz: Augenzahl beim ersten Wurf - Augenzahl beim zweiten Wurf. Stelle eine Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Zufallsgröße X auf.

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Für die Zufallsgröße X: 'Differenz Würfel1 - Würfel2' sind folgende Werte möglich:

Zufallsgröße X	X = -5	X = -3	X = -2	X = 0	X = 2	X = 3	X = 5
zugehörige Ereignisse	1 - 6	1 - 4	4 - 6	1 - 1 4 - 4 6 - 6	6 - 4	4 - 1	6 - 1

Jetzt müssen die Wahrscheinlichkeiten der einzelnen Ereignisse erst mal (mit Hilfe eines Baums) berechnet werden.

Und somit können wir dann auch die Wahrscheinlichkeiten für die einzelnen Werte der Zufallsgröße berechnen.

Zufallsgröße X	X = -5	X = -3	X = -2	X = 0	X = 2	X = 3	X = 5
zugehörige Wahrscheinlichkeit P(X)	$\frac{1}{2}$ ⋅ $\frac{1}{6}$	$\frac{1}{2}$ ⋅ $\frac{1}{3}$	$\frac{1}{3}$ ⋅ $\frac{1}{6}$	$\frac{1}{2}$ ⋅ $\frac{1}{2}$ + $\frac{1}{3}$ ⋅ $\frac{1}{3}$ + $\frac{1}{6}$ ⋅ $\frac{1}{6}$	$\frac{1}{6}$ ⋅ $\frac{1}{3}$	$\frac{1}{3}$ ⋅ $\frac{1}{2}$	$\frac{1}{6}$ ⋅ $\frac{1}{2}$
=	$\frac{1}{12}$	$\frac{1}{6}$	$\frac{1}{18}$	$\frac{1}{4}$ + $\frac{1}{9}$ + $\frac{1}{36}$	$\frac{1}{18}$	$\frac{1}{6}$	$\frac{1}{12}$

Hiermit ergibt sich die gesuchte Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Zufallsgröße X:

Zufallsgröße X	-5	-3	-2	0	2	3	5
P(X=k)	$\frac{1}{12}$	$\frac{1}{6}$	$\frac{1}{18}$	$\frac{7}{18}$	$\frac{1}{18}$	$\frac{1}{6}$	$\frac{1}{12}$

Zufallsgröße (auch ohne zur.)

Beispiel:

In einer Urne sind zwei Kugeln, die mit der Zahl 4 beschriftet sind und zwei Kugeln, die mit der Zahl 6 beschriftet sind. Es werden zwei Kugeln ohne Zurücklegen gezogen.
Die Zufallsgröße X beschreibt das Produkt der Zahlen der beiden gezogenen Kugeln. Stelle eine Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Zufallsgröße X auf.

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Für die Zufallsgröße X: 'Produkt der beiden Kugeln' sind folgende Werte möglich:

Zufallsgröße X	X = 16	X = 24	X = 36
zugehörige Ereignisse	4 - 4	4 - 6 6 - 4	6 - 6

Jetzt müssen die Wahrscheinlichkeiten der einzelnen Ereignisse erst mal (mit Hilfe eines Baums) berechnet werden.

Und somit können wir dann auch die Wahrscheinlichkeiten für die einzelnen Werte der Zufallsgröße berechnen.

Zufallsgröße X	X = 16	X = 24	X = 36
zugehörige Wahrscheinlichkeit P(X)	$\frac{1}{2}$ ⋅ $\frac{1}{3}$	$\frac{1}{2}$ ⋅ $\frac{2}{3}$ + $\frac{1}{2}$ ⋅ $\frac{2}{3}$	$\frac{1}{2}$ ⋅ $\frac{1}{3}$
=	$\frac{1}{6}$	$\frac{1}{3}$ + $\frac{1}{3}$	$\frac{1}{6}$

Hiermit ergibt sich die gesuchte Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Zufallsgröße X:

Zufallsgröße X	16	24	36
P(X=k)	$\frac{1}{6}$	$\frac{2}{3}$	$\frac{1}{6}$

Zufallsgr. WS-Vert. (ziehen bis erstmals ...)

Beispiel:

Eine Lehrerin sammelt die Hausaufgaben von einigen Schülern ein, um zu kontrollieren, ob diese auch ordentlich gemacht wurden. Aus Zeitgründen möchte sie aber nicht alle, sondern nur ein paar wenige einsammeln, welche durch ein Losverfahren ausgewählt werden. Aus (der unbegründeten) Angst ungerecht behandelt zu werden, bestehen die 3 Jungs darauf, dass unbedingt immer eine Hausaufgabe eines der 15 Mädchen der Klasse eingesammelt wird. Deswegen wird solange gelost, bis das erste Mädchen gezogen wird.
Die Zufallsgröße X beschreibt dabei die Anzahl der nach diesem Verfahren einsammelten Hausaufgaben. Stelle eine Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Zufallsgröße X auf.

(Denk daran, die Brüche vollständig zu kürzen!)

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Da ja nur 3 Hausaufgaben vom Typ 'Jungs' vorhanden sind, muss spätestens im 4-ten Versuch (wenn dann alle Hausaufgaben vom Typ 'Jungs' bereits gezogen und damit weg sind) eine Hausaufgabe vom Typ 'Mädchen' gezogen werden.

Das heißt die Zufallsgröße X kann nur Werte zwischen 1 und 4 annehmen.

Aus dem reduzierten Baumdiagramm rechts kann man nun die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Zufallsgröße X übernehmen:

Zufallsgröße X	1	2	3	4
P(X=k)	$\frac{5}{6}$	$\frac{5}{34}$	$\frac{5}{272}$	$\frac{1}{816}$

Zufallsgröße rückwärts

Beispiel:

Ein Glücksrad hat drei Sektoren, die mit den Zahlen 1, 2 und 3 beschriftet sind. Es wird zwei mal gedreht. Die Zufallsgröße X beschreibt dabei das Produkt der Zahlen die bei den beiden Glücksraddrehungen erscheinen. Bei der Wahrscheinlichkeitsverteilung von X sind nur der erste und der letzte Wert bekannt (siehe Tabelle).
Wie groß müssen jeweils die Winkel der Sektoren sein?

Zufallsgröße X	1	2	3	4	6	9
P(X=k)	$\frac{1}{81}$	?	?	?	?	$\frac{1}{144}$

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(Alle Sektoren sind Vielfache
von Achtels-Kreisen)

Für X=1 gibt es nur das Ereignis: '1'-'1', also dass zwei mal hintereinander '1' kommt.

Wenn p1 die Wahrscheinlichkeit von '1' ist, dann muss also für die Wahrscheinlichkeit, dass zwei mal hintereinander '1' kommt, gelten: P(X=1) = p1 ⋅ p1 (siehe Baumdiagramm).

Aus der Tabelle können wir aber P(X=1) = $\frac{1}{81}$ heraus lesen, also muss gelten:

p1 ⋅ p1 = (p1)² = $\frac{1}{81}$ und somit p1 = $\frac{1}{9}$ .

Ebenso gibt es für X=9 nur das Ereignis: '3'-'3', also dass zwei mal hintereinander '3' kommt.

Wenn p3 die Wahrscheinlichkeit von '3' ist, dann muss also für die Wahrscheinlichkeit, dass zwei mal hintereinander '3' kommt, gelten: P(X=9) = p3 ⋅ p3 (siehe Baumdiagramm).

Aus der Tabelle können wir aber P(X=9) = $\frac{1}{144}$ heraus lesen, also muss gelten:

p3 ⋅ p3 = (p3)² = $\frac{1}{144}$ und somit p3 = $\frac{1}{12}$ .

Da es aber nur drei Optionen gibt, muss p1 + p2 + p3 = 1 gelten, also

p2 = 1 - p1 - p3 = $1$ $- \frac{1}{9}$ $- \frac{1}{12}$ = $\frac{36}{36}$ $- \frac{4}{36}$ $- \frac{3}{36}$ = $\frac{29}{36}$

Um nun noch die Mittelpunktswinkel der drei Sektoren zu ermittlen, müssen wir einfach die Wahrscheinlichkeit mit 360° multiplizieren, weil ja für die Wahrscheinlichkeit eines Sektors mit Mittelpunktswinkel α gilt: p = $\frac{α}{360°}$

Somit erhalten wir:

α₁ = $\frac{1}{9}$ ⋅ 360° = 40°

α₂ = $\frac{29}{36}$ ⋅ 360° = 290°

α₃ = $\frac{1}{12}$ ⋅ 360° = 30°

Erwartungswerte

Beispiel:

Ein Spieler darf aus einer Urne mit 3 blauen, 6 roten, 7 grünen und 4 weißen Kugeln eine Kugel ziehen. Erwischt er eine blaue, so erhält er 80€. Bei rot erhält er 10€, bei grün erhält er 20€ und bei weiß erhält er 40€. Wieviel bringt ein Zug durchschnittlich ein?

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Die Zufallsgröße X beschreibt den ausbezahlten €-Euro-Betrag.

Erwartungswert der Zufallsgröße X

Ereignis	blau	rot	grün	weiß
Zufallsgröße x_i	80	10	20	40
P(X=x_i)	$\frac{3}{20}$	$\frac{6}{20}$	$\frac{7}{20}$	$\frac{4}{20}$
x_i ⋅ P(X=x_i)	$12$	$3$	$7$	$8$

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 80⋅ $\frac{3}{20}$ + 10⋅ $\frac{6}{20}$ + 20⋅ $\frac{7}{20}$ + 40⋅ $\frac{4}{20}$

= $12$ $+$ $3$ $+$ $7$ $+$ $8$
= $30$

Einsatz für faires Spiel bestimmen

Beispiel:

(Alle Sektoren sind Vielfache
von Achtels-Kreisen)

Bei einem Glücksrad wie rechts abgebildet soll das noch fehlende Feld mit einem Betrag so bestückt werden, dass das Spiel bei einem Einsatz von 9,5€ fair ist.

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Die Zufallsgröße X beschreibt die Auszahlung.

Die Zufallsgröße Y beschreibt den Gewinn, also Auszahlung - Einsatz.

Erwartungswerte der Zufallsgrößen X und Y

Ereignis	2	8	20	?
Zufallsgröße x_i	2	8	20	x
Zufallsgröße y_i (Gewinn)	-7.5	-1.5	10.5	x-9.5
P(X=x_i)	$\frac{4}{8}$	$\frac{2}{8}$	$\frac{1}{8}$	$\frac{1}{8}$
x_i ⋅ P(X=x_i)	$1$	$2$	$\frac{5}{2}$	$\frac{1}{8}$ ⋅ x
y_i ⋅ P(Y=y_i)	$- \frac{15}{4}$	$- \frac{3}{8}$	$\frac{10.5}{8}$	$\frac{1}{8}$ ⋅(x-9.5)

Um den gesuchten Auszahlungsbetrag zu berrechnen hat man zwei Möglichkeiten:

Entweder stellt man eine Gleichung auf, so dass der Erwartungswert des Auszahlungsbetrags gleich des Einsatzes ist ...

E(X) = 9.5

$\frac{4}{8} \cdot 2 + \frac{2}{8} \cdot 8 + \frac{1}{8} \cdot 20 + \frac{1}{8} x$ = 9.5

1 + 2 + \frac{5}{2} + \frac{1}{8} x

= 9.5

$1 + 2 + \frac{5}{2} + \frac{1}{8} x$	=	$9,5$
$\frac{1}{8} x + \frac{11}{2}$	=	$9,5$	\|⋅ 8
$8 (\frac{1}{8} x + \frac{11}{2})$	=	$76$
$x + 44$	=	$76$	\| $- 44$
$x$	=	$32$

... oder man stellt eine Gleichung auf, so dass der Erwartungswert des Gewinns gleich null ist:

E(Y) = 0

\frac{4}{8} \cdot (- 7,5) + \frac{2}{8} \cdot (- 1,5) + \frac{1}{8} \cdot 10,5 + \frac{1}{8} (x - 9,5)

= 0

- \frac{7.5}{2} - \frac{1.5}{4} + \frac{10.5}{8} + \frac{1}{8} x - 1,1875

= 0

$- 3,75 - 0,375 + 1,3125 + \frac{1}{8} x - 1,1875$	=	0
$\frac{1}{8} x - 4$	=	0	\|⋅ 8
$8 (\frac{1}{8} x - 4)$	=	0
$x - 32$	=	0	\| $+ 32$
$x$	=	$32$

In beiden Fällen ist also der gesuchte Betrag: 32€

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.

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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 bei 'Ziehen bis erstmals ...'

Beispiel:

Eine Lehrerin sammelt die Hausaufgaben von einigen Schülern ein, um zu kontrollieren, ob diese auch ordentlich gemacht wurden. Aus Zeitgründen möchte sie aber nicht alle, sondern nur ein paar wenige einsammeln, welche durch ein Losverfahren ausgewählt werden. Aus (der unbegründeten) Angst ungerecht behandelt zu werden, bestehen die 3 Jungs darauf, dass unbedingt immer eine Hausaufgabe eines der 21 Mädchen der Klasse eingesammelt wird. Deswegen wird solange gelost, bis das erste Mädchen gezogen wird. Mit wie vielen Hausaufgabenüberprüfungen muss die Lehrerin im Durchschnitt rechnen?
(Denk daran, den Bruch vollständig zu kürzen!)

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Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Ausgänge

Die Wahrscheinlichkeit für ein 'Mädchen' im 1-ten Versuch st: $\frac{7}{8}$

Die Wahrscheinlichkeit für ein 'Mädchen' im 2-ten Versuch st: $\frac{21}{184}$

Die Wahrscheinlichkeit für ein 'Mädchen' im 3-ten Versuch st: $\frac{21}{2024}$

Die Wahrscheinlichkeit für ein 'Mädchen' im 4-ten Versuch st: $\frac{1}{2024}$

Die Zufallsgröße X beschreibt Anzahl der eingesammelten Hausaufgaben bis das erste Mädchen gezogen wird.

Erwartungswert der Zufallsgröße X

Ereignis	1	2	3	4
Zufallsgröße x_i	1	2	3	4
P(X=x_i)	$\frac{7}{8}$	$\frac{21}{184}$	$\frac{21}{2024}$	$\frac{1}{2024}$
x_i ⋅ P(X=x_i)	$\frac{7}{8}$	$\frac{21}{92}$	$\frac{63}{2024}$	$\frac{1}{506}$

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 1⋅ $\frac{7}{8}$ + 2⋅ $\frac{21}{184}$ + 3⋅ $\frac{21}{2024}$ + 4⋅ $\frac{1}{2024}$

= $\frac{7}{8}$ $+$ $\frac{21}{92}$ $+$ $\frac{63}{2024}$ $+$ $\frac{1}{506}$
= $\frac{1771}{2024}$ $+$ $\frac{462}{2024}$ $+$ $\frac{63}{2024}$ $+$ $\frac{4}{2024}$
= $\frac{2300}{2024}$
= $\frac{25}{22}$

≈ 1.14

Erwartungswerte mit gesuchten Anzahlen im WS-Baum

Beispiel:

Auf einen Schüleraustausch bewerben sich 21 Mädchen und 6 Jungs. Weil aber leider weniger Plätze zur Verfügung stehen, muss gelost werden. Wie viele Mädchen kann man bei den ersten 3 verlosten Plätzen erwarten?
(Denk daran, den Bruch vollständig zu kürzen!)

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Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Ausgänge

Ereignis	P
Mädchen -> Mädchen -> Mädchen	$\frac{266}{585}$
Mädchen -> Mädchen -> Jungs	$\frac{28}{195}$
Mädchen -> Jungs -> Mädchen	$\frac{28}{195}$
Mädchen -> Jungs -> Jungs	$\frac{7}{195}$
Jungs -> Mädchen -> Mädchen	$\frac{28}{195}$
Jungs -> Mädchen -> Jungs	$\frac{7}{195}$
Jungs -> Jungs -> Mädchen	$\frac{7}{195}$
Jungs -> Jungs -> Jungs	$\frac{4}{585}$

Die Wahrscheinlichkeit für 0 mal 'Mädchen' ist: $\frac{4}{585}$

Die Wahrscheinlichkeit für 1 mal 'Mädchen' ist: $\frac{7}{195}$ + $\frac{7}{195}$ + $\frac{7}{195}$ = $\frac{7}{65}$

Die Wahrscheinlichkeit für 2 mal 'Mädchen' ist: $\frac{28}{195}$ + $\frac{28}{195}$ + $\frac{28}{195}$ = $\frac{28}{65}$

Die Wahrscheinlichkeit für 3 mal 'Mädchen' ist: $\frac{266}{585}$

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)	$\frac{4}{585}$	$\frac{7}{65}$	$\frac{28}{65}$	$\frac{266}{585}$
x_i ⋅ P(X=x_i)	$0$	$\frac{7}{65}$	$\frac{56}{65}$	$\frac{266}{195}$

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅ $\frac{4}{585}$ + 1⋅ $\frac{7}{65}$ + 2⋅ $\frac{28}{65}$ + 3⋅ $\frac{266}{585}$

= $0$ $+$ $\frac{7}{65}$ $+$ $\frac{56}{65}$ $+$ $\frac{266}{195}$
= $\frac{0}{195}$ $+$ $\frac{21}{195}$ $+$ $\frac{168}{195}$ $+$ $\frac{266}{195}$
= $\frac{455}{195}$
= $\frac{7}{3}$

≈ 2.33

Erwartungswerte mit best. Optionen im WS-Baum

Beispiel:

Ein leidenschaftlicher Mäxle-Spieler möchte eine Mäxle-Spielautomat bauen. Wie beim richtigen Mäxle sollen auch hier zwei normale Würfel gleichzeitig geworfen werden (bzw. dies eben simuliert). Bei einem Mäxle (also eine 1 und eine 2) soll dann 16€ ausbezahlt werden, bei einem Pasch (also zwei gleiche Augenzahlen) 7€ und bei 61-65 also (also ein Würfel 6 und der andere keine 6) noch 2€. Wie groß müsste der Einsatz sein, damit das Spiel fair wird?
(Denk daran, den Bruch vollständig zu kürzen!)

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Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Ausgänge

Ereignis	P
1 -> 1	$\frac{1}{36}$
1 -> 2	$\frac{1}{36}$
1 -> 3	$\frac{1}{36}$
1 -> 4	$\frac{1}{36}$
1 -> 5	$\frac{1}{36}$
1 -> 6	$\frac{1}{36}$
2 -> 1	$\frac{1}{36}$
2 -> 2	$\frac{1}{36}$
2 -> 3	$\frac{1}{36}$
2 -> 4	$\frac{1}{36}$
2 -> 5	$\frac{1}{36}$
2 -> 6	$\frac{1}{36}$
3 -> 1	$\frac{1}{36}$
3 -> 2	$\frac{1}{36}$
3 -> 3	$\frac{1}{36}$
3 -> 4	$\frac{1}{36}$
3 -> 5	$\frac{1}{36}$
3 -> 6	$\frac{1}{36}$
4 -> 1	$\frac{1}{36}$
4 -> 2	$\frac{1}{36}$
4 -> 3	$\frac{1}{36}$
4 -> 4	$\frac{1}{36}$
4 -> 5	$\frac{1}{36}$
4 -> 6	$\frac{1}{36}$
5 -> 1	$\frac{1}{36}$
5 -> 2	$\frac{1}{36}$
5 -> 3	$\frac{1}{36}$
5 -> 4	$\frac{1}{36}$
5 -> 5	$\frac{1}{36}$
5 -> 6	$\frac{1}{36}$
6 -> 1	$\frac{1}{36}$
6 -> 2	$\frac{1}{36}$
6 -> 3	$\frac{1}{36}$
6 -> 4	$\frac{1}{36}$
6 -> 5	$\frac{1}{36}$
6 -> 6	$\frac{1}{36}$

Die Wahrscheinlichkeit für 'Mäxle' ist:

P('1'-'2') + P('2'-'1')
= $\frac{1}{36}$ + $\frac{1}{36}$ = $\frac{1}{18}$

Die Wahrscheinlichkeit für 'Pasch' ist:

P('1'-'1') + P('2'-'2') + P('3'-'3') + P('4'-'4') + P('5'-'5') + P('6'-'6')
= $\frac{1}{36}$ + $\frac{1}{36}$ + $\frac{1}{36}$ + $\frac{1}{36}$ + $\frac{1}{36}$ + $\frac{1}{36}$ = $\frac{1}{6}$

Die Wahrscheinlichkeit für '60er' ist:

P('1'-'6') + P('2'-'6') + P('3'-'6') + P('4'-'6') + P('5'-'6') + P('6'-'1') + P('6'-'2') + P('6'-'3') + P('6'-'4') + P('6'-'5')
= $\frac{1}{36}$ + $\frac{1}{36}$ + $\frac{1}{36}$ + $\frac{1}{36}$ + $\frac{1}{36}$ + $\frac{1}{36}$ + $\frac{1}{36}$ + $\frac{1}{36}$ + $\frac{1}{36}$ + $\frac{1}{36}$ = $\frac{5}{18}$

Die Zufallsgröße X beschreibt den durch die beiden Würfel ausbezahlten Euro-Betrag.

Erwartungswert der Zufallsgröße X

Ereignis	Mäxle	Pasch	60er
Zufallsgröße x_i	16	7	2
P(X=x_i)	$\frac{1}{18}$	$\frac{1}{6}$	$\frac{5}{18}$
x_i ⋅ P(X=x_i)	$\frac{8}{9}$	$\frac{7}{6}$	$\frac{5}{9}$

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 16⋅ $\frac{1}{18}$ + 7⋅ $\frac{1}{6}$ + 2⋅ $\frac{5}{18}$

= $\frac{8}{9}$ $+$ $\frac{7}{6}$ $+$ $\frac{5}{9}$
= $\frac{16}{18}$ $+$ $\frac{21}{18}$ $+$ $\frac{10}{18}$
= $\frac{47}{18}$

≈ 2.61

Aufgabenbeispiele von Erwartungswert

Zufallsgröße (ohne Wahrscheinlichkeit)

Zufallsgröße WS-Verteilung

Zufallsgröße (auch ohne zur.)

Zufallsgr. WS-Vert. (ziehen bis erstmals ...)

Zufallsgröße rückwärts

Erwartungswerte

Erwartungswert der Zufallsgröße X

Einsatz für faires Spiel bestimmen

Erwartungswerte der Zufallsgrößen X und Y

Erwartungswert ganz offen

Eine (von vielen möglichen) Lösungen:

Erwartungswerte bei 'Ziehen bis erstmals ...'

Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Ausgänge

Erwartungswert der Zufallsgröße X

Erwartungswerte mit gesuchten Anzahlen im WS-Baum

Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Ausgänge

Erwartungswert der Zufallsgröße X

Erwartungswerte mit best. Optionen im WS-Baum

Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Ausgänge

Erwartungswert der Zufallsgröße X