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 150€, bei 2 Sechsern bekommt er noch 20€, bei einer Sechs 2€. 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	2	20	150
P(X=x_i)	0.5787	0.3472	0.0694	0.0046
x_i ⋅ P(X=x_i)	$0$	$0.6944$	$1.388$	$0.69$

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.5787 + 2⋅0.3472 + 20⋅0.0694 + 150⋅0.0046

≈ 2.77

Erwartungswerte mit gesuchten Anzahlen im WS-Baum

Beispiel:

Auf einen Schüleraustausch bewerben sich 15 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

Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Ausgänge

Ereignis	P
Mädchen -> Mädchen -> Mädchen	$\frac{455}{2024}$
Mädchen -> Mädchen -> Jungs	$\frac{315}{2024}$
Mädchen -> Jungs -> Mädchen	$\frac{315}{2024}$
Mädchen -> Jungs -> Jungs	$\frac{45}{506}$
Jungs -> Mädchen -> Mädchen	$\frac{315}{2024}$
Jungs -> Mädchen -> Jungs	$\frac{45}{506}$
Jungs -> Jungs -> Mädchen	$\frac{45}{506}$
Jungs -> Jungs -> Jungs	$\frac{21}{506}$

Die Wahrscheinlichkeit für 0 mal 'Mädchen' ist: $\frac{21}{506}$

Die Wahrscheinlichkeit für 1 mal 'Mädchen' ist: $\frac{45}{506}$ + $\frac{45}{506}$ + $\frac{45}{506}$ = $\frac{135}{506}$

Die Wahrscheinlichkeit für 2 mal 'Mädchen' ist: $\frac{315}{2024}$ + $\frac{315}{2024}$ + $\frac{315}{2024}$ = $\frac{945}{2024}$

Die Wahrscheinlichkeit für 3 mal 'Mädchen' ist: $\frac{455}{2024}$

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)	$\frac{21}{506}$	$\frac{135}{506}$	$\frac{945}{2024}$	$\frac{455}{2024}$
x_i ⋅ P(X=x_i)	$0$	$\frac{135}{506}$	$\frac{945}{1012}$	$\frac{1365}{2024}$

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅ $\frac{21}{506}$ + 1⋅ $\frac{135}{506}$ + 2⋅ $\frac{945}{2024}$ + 3⋅ $\frac{455}{2024}$

= $0$ $+$ $\frac{135}{506}$ $+$ $\frac{945}{1012}$ $+$ $\frac{1365}{2024}$
= $\frac{0}{2024}$ $+$ $\frac{540}{2024}$ $+$ $\frac{1890}{2024}$ $+$ $\frac{1365}{2024}$
= $\frac{3795}{2024}$
= $\frac{15}{8}$

≈ 1.88