Aufgabenbeispiele von komplexere Erwartungswerte

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Erwartungswerte bei Binomialverteilungen

Beispiel:

Auf einem Jahrmarkt wird Torwandschießen angeboten. Dabei darf man für 15€ Einsatz 6 Schüsse abgeben. Trifft man alle 6, so erhält man 5000€. Bei 5 Treffern bekommt man 500€, 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 10 500 5000
Zufallsgröße yi (Gewinn) -15 -5 485 4985
P(X=xi) 0.9443 0.0478 0.0074 0.0005
xi ⋅ P(X=xi) 0 0.478 3.7 2.5
yi ⋅ P(Y=yi) -14.1645 -0.239 3.589 2.4925

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.9443 + 10⋅0.0478 + 500⋅0.0074 + 5000⋅0.0005

6.68

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)=6.68 - 15 = -8.32 ergibt.

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

E(Y)= -15⋅0.9443 + -5⋅0.0478 + 485⋅0.0074 + 4985⋅0.0005

-8.32

Erwartungswerte mit gesuchten Anzahlen im WS-Baum

Beispiel:

Auf einen Schüleraustausch bewerben sich 12 Mädchen und 8 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

EreignisP
Mädchen -> Mädchen -> Mädchen 11 57
Mädchen -> Mädchen -> Jungs 44 285
Mädchen -> Jungs -> Mädchen 44 285
Mädchen -> Jungs -> Jungs 28 285
Jungs -> Mädchen -> Mädchen 44 285
Jungs -> Mädchen -> Jungs 28 285
Jungs -> Jungs -> Mädchen 28 285
Jungs -> Jungs -> Jungs 14 285

Die Wahrscheinlichkeit für 0 mal 'Mädchen' ist: 14 285

Die Wahrscheinlichkeit für 1 mal 'Mädchen' ist: 28 285 + 28 285 + 28 285 = 28 95

Die Wahrscheinlichkeit für 2 mal 'Mädchen' ist: 44 285 + 44 285 + 44 285 = 44 95

Die Wahrscheinlichkeit für 3 mal 'Mädchen' ist: 11 57

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) 14 285 28 95 44 95 11 57
xi ⋅ P(X=xi) 0 28 95 88 95 11 19

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅ 14 285 + 1⋅ 28 95 + 2⋅ 44 95 + 3⋅ 11 57

= 0+ 28 95 + 88 95 + 11 19
= 0 95 + 28 95 + 88 95 + 55 95
= 171 95
= 9 5

1.8