Pestalozzi Gymnasium Biberach EduRandomtasks

Aufgabenbeispiele von komplexere Erwartungswerte

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Erwartungswerte bei Binomialverteilungen

Beispiel:

Ein Spieler würfelt mit drei Würfeln. Bei drei Sechsern erhält er 75€, bei 2 Sechsern bekommt er noch 10€, bei einer Sechs 5€. Ist gar keine Sechs dabei, erhält er 0€. Welchen Gewinn kann er erwarten?
(Das Ergebnis bitte auf 2 Stellen runden!)

Lösung einblenden

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

Trefferzahl: 0

Die Zufallsvariable 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 Zufallsvariable 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 Zufallsvariable 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 Zufallsvariable 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	5	10	75
P(X=x_i)	0.5787	0.3472	0.0694	0.0046
x_i ⋅ P(X=x_i)	$0$	$1.736$	$0.694$	$0.345$

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.5787 + 5⋅0.3472 + 10⋅0.0694 + 75⋅0.0046

≈ 2.78

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