Aufgabenbeispiele von komplexere Erwartungswerte

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Erwartungswerte bei Binomialverteilungen

Beispiel:

Auf einem Jahrmarkt hat man für 9€ 5 Versuche, einen Ball in einen Eimer zu werden. Dabei springt der Ball aber mit einer Wahrscheinlichkeit von 82% wieder raus. Bleibt er aber drin, bekommt man einen Euro. Als Riskovariante kann man das Spiel auch so spielen, dass man bei einem Treffer nichts bekommt, bei zwei jedoch gleich 4€, bei drei Treffern sogar 9€, bei 4 Treffern 16 € und bei 5 Treffern volle 25€. Berechne den Erwartungswert des Gewinns der Risikovariante um diesen mit dem des normalen Spiels zu vergleichen.
(Das Ergebnis bitte auf 2 Stellen runden!)

Lösung einblenden

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

Trefferzahl: 0-1

Die Zufallsvariable X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=5 und p=0.18.

P0.185 (X1) = P0.185 (X=0) + P0.185 (X=1) = 0.7776494272 ≈ 0.7776
(TI-Befehl: binomcdf(5,0.18,1))

Trefferzahl: 2

Die Zufallsvariable X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=5 und p=0.18.

P0.185 (X=2) = ( 5 2 ) 0.182 0.823 =0.178643232≈ 0.1786
(TI-Befehl: binompdf(5,0.18,2))

Trefferzahl: 3

Die Zufallsvariable X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=5 und p=0.18.

P0.185 (X=3) = ( 5 3 ) 0.183 0.822 =0.039214368≈ 0.0392
(TI-Befehl: binompdf(5,0.18,3))

Trefferzahl: 4

Die Zufallsvariable X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=5 und p=0.18.

P0.185 (X=4) = ( 5 4 ) 0.184 0.821 =0.004304016≈ 0.0043
(TI-Befehl: binompdf(5,0.18,4))

Trefferzahl: 5

Die Zufallsvariable X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=5 und p=0.18.

P0.185 (X=5) = ( 5 5 ) 0.185 0.820 =0.0001889568≈ 0.0002
(TI-Befehl: binompdf(5,0.18,5))

Erwartungswerte der Zufallsgrößen X und Y

Ereignis 0-1 2 3 4 5
Zufallsgröße xi 0 4 9 16 25
Zufallsgröße yi (Gewinn) -9 -5 0 7 16
P(X=xi) 0.7776 0.1786 0.0392 0.0043 0.0002
xi ⋅ P(X=xi) 0 0.7144 0.3528 0.0688 0.005
yi ⋅ P(Y=yi) -6.9984 -0.893 0 0.0301 0.0032

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.7776 + 4⋅0.1786 + 9⋅0.0392 + 16⋅0.0043 + 25⋅0.0002

1.14

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)=1.14 - 9 = -7.86 ergibt.

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

E(Y)= -9⋅0.7776 + -5⋅0.1786 + 0⋅0.0392 + 7⋅0.0043 + 16⋅0.0002

-7.86

Erwartungswerte mit gesuchten Anzahlen im WS-Baum

Beispiel:

Auf einen Schüleraustausch bewerben sich 18 Mädchen und 9 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!)

Lösung einblenden
Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das SchaubBild nicht sehen :(

Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Ausgänge

EreignisP
Mädchen -> Mädchen -> Mädchen 272 975
Mädchen -> Mädchen -> Jungs 51 325
Mädchen -> Jungs -> Mädchen 51 325
Mädchen -> Jungs -> Jungs 24 325
Jungs -> Mädchen -> Mädchen 51 325
Jungs -> Mädchen -> Jungs 24 325
Jungs -> Jungs -> Mädchen 24 325
Jungs -> Jungs -> Jungs 28 975

Die Wahrscheinlichkeit für 0 mal 'Mädchen' ist: 28 975

Die Wahrscheinlichkeit für 1 mal 'Mädchen' ist: 24 325 + 24 325 + 24 325 = 72 325

Die Wahrscheinlichkeit für 2 mal 'Mädchen' ist: 51 325 + 51 325 + 51 325 = 153 325

Die Wahrscheinlichkeit für 3 mal 'Mädchen' ist: 272 975

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

Erwartungswert der Zufallsgröße X

Ereignis 0 1 2 3
Zufallsgröße xi 0 1 2 3
P(X=xi) 28 975 72 325 153 325 272 975
xi ⋅ P(X=xi) 0 72 325 306 325 272 325

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅ 28 975 + 1⋅ 72 325 + 2⋅ 153 325 + 3⋅ 272 975

= 0+ 72 325 + 306 325 + 272 325
= 0 325 + 72 325 + 306 325 + 272 325
= 650 325
= 2