Aufgabenbeispiele von komplexere Erwartungswerte

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Erwartungswerte bei Binomialverteilungen

Beispiel:

Auf einem Jahrmarkt wird Torwandschießen angeboten. Dabei darf man für 10€ Einsatz 6 Schüsse abgeben. Trifft man alle 6, so erhält man 2000€. Bei 5 Treffern bekommt man 100€, und bei 4 Treffern 10€. 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=0,28 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 Zufallsvariable X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.28.

P0.286 (X3) = P0.286 (X=0) + P0.286 (X=1) + P0.286 (X=2) + P0.286 (X=3) = 0.94428758016 ≈ 0.9443
(TI-Befehl: binomcdf(6,0.28,3))

Trefferzahl: 4

Die Zufallsvariable X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.28.

P0.286 (X=4) = ( 6 4 ) 0.284 0.722 =0.04779565056≈ 0.0478
(TI-Befehl: binompdf(6,0.28,4))

Trefferzahl: 5

Die Zufallsvariable X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.28.

P0.286 (X=5) = ( 6 5 ) 0.285 0.721 =0.007434878976≈ 0.0074
(TI-Befehl: binompdf(6,0.28,5))

Trefferzahl: 6

Die Zufallsvariable X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.28.

P0.286 (X=6) = ( 6 6 ) 0.286 0.720 =0.000481890304≈ 0.0005
(TI-Befehl: binompdf(6,0.28,6))

Erwartungswerte der Zufallsgrößen X und Y

Ereignis 0-3 4 5 6
Zufallsgröße xi 0 10 100 2000
Zufallsgröße yi (Gewinn) -10 0 90 1990
P(X=xi) 0.9443 0.0478 0.0074 0.0005
xi ⋅ P(X=xi) 0 0.478 0.74 1
yi ⋅ P(Y=yi) -9.443 0 0.666 0.995

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.9443 + 10⋅0.0478 + 100⋅0.0074 + 2000⋅0.0005

2.22

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)=2.22 - 10 = -7.78 ergibt.

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

E(Y)= -10⋅0.9443 + 0⋅0.0478 + 90⋅0.0074 + 1990⋅0.0005

-7.78

Erwartungswerte mit gesuchten Anzahlen im WS-Baum

Beispiel:

Ein Spieler darf aus einer Urne mit 10 blauen und 5 roten Kugeln 3 Kugeln ohne zurücklegen ziehen. Zieht er dabei 3 blaue Kugeln, so erhält er 1250€, bei 2 blauen bekommt er noch 50€, bei einer 10€. Ist gar keine blaue Kugel dabei, erhält er 0€. Welchen Gewinn kann er erwarten?
(Denk daran, den Bruch vollständig zu kürzen!)

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Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Ausgänge

EreignisP
blau -> blau -> blau 24 91
blau -> blau -> rot 15 91
blau -> rot -> blau 15 91
blau -> rot -> rot 20 273
rot -> blau -> blau 15 91
rot -> blau -> rot 20 273
rot -> rot -> blau 20 273
rot -> rot -> rot 2 91

Die Wahrscheinlichkeit für 0 mal 'blau' ist: 2 91

Die Wahrscheinlichkeit für 1 mal 'blau' ist: 20 273 + 20 273 + 20 273 = 20 91

Die Wahrscheinlichkeit für 2 mal 'blau' ist: 15 91 + 15 91 + 15 91 = 45 91

Die Wahrscheinlichkeit für 3 mal 'blau' ist: 24 91

Die Zufallsgröße X beschreibt den ausbezahlten Euro-Betrag.

Erwartungswert der Zufallsgröße X

Ereignis 0 1 2 3
Zufallsgröße xi 0 10 50 1250
P(X=xi) 2 91 20 91 45 91 24 91
xi ⋅ P(X=xi) 0 200 91 2250 91 30000 91

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅ 2 91 + 10⋅ 20 91 + 50⋅ 45 91 + 1250⋅ 24 91

= 0+ 200 91 + 2250 91 + 30000 91
= 0 91 + 200 91 + 2250 91 + 30000 91
= 32450 91

356.59