Aufgabenbeispiele von komplexere Erwartungswerte

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Erwartungswerte bei Binomialverteilungen

Beispiel:

Auf einem Jahrmarkt wird Torwandschießen angeboten. Dabei darf man für 9€ Einsatz 6 Schüsse abgeben. Trifft man alle 6, so erhält man 2000€. Bei 5 Treffern bekommt man 200€, und bei 4 Treffern 30€. 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=0,35 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=0.35.

P0.356 (X3) = P0.356 (X=0) + P0.356 (X=1) + P0.356 (X=2) + P0.356 (X=3) = 0.88257609375 ≈ 0.8826
(TI-Befehl: binomcdf(6,0.35,3))

Trefferzahl: 4

Die Zufallsvariable X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.35.

P0.356 (X=4) = ( 6 4 ) 0.354 0.652 =0.095102109375≈ 0.0951
(TI-Befehl: binompdf(6,0.35,4))

Trefferzahl: 5

Die Zufallsvariable X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.35.

P0.356 (X=5) = ( 6 5 ) 0.355 0.651 =0.02048353125≈ 0.0205
(TI-Befehl: binompdf(6,0.35,5))

Trefferzahl: 6

Die Zufallsvariable X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.35.

P0.356 (X=6) = ( 6 6 ) 0.356 0.650 =0.001838265625≈ 0.0018
(TI-Befehl: binompdf(6,0.35,6))

Erwartungswerte der Zufallsgrößen X und Y

Ereignis 0-3 4 5 6
Zufallsgröße xi 0 30 200 2000
Zufallsgröße yi (Gewinn) -9 21 191 1991
P(X=xi) 0.8826 0.0951 0.0205 0.0018
xi ⋅ P(X=xi) 0 2.853 4.1 3.6
yi ⋅ P(Y=yi) -7.9434 1.9971 3.9155 3.5838

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.8826 + 30⋅0.0951 + 200⋅0.0205 + 2000⋅0.0018

10.55

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)=10.55 - 9 = 1.55 ergibt.

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

E(Y)= -9⋅0.8826 + 21⋅0.0951 + 191⋅0.0205 + 1991⋅0.0018

1.55

Erwartungswerte mit best. Optionen im WS-Baum

Beispiel:

In einem Stapel Karten mit 4 Asse, 10 Könige, 8 Damen und 3 Buben werden 2 Karten gezogen. Dabei zählen 2 Asse 1000, 2 Könige 350, 2 Damen 160 und 2 Buben 50 Punkte. Außerdem gibt es für ein Paar aus Dame und König 20 Punkte. Wie viele Punkte kann man bei diesem Spiel erwarten?
(Denk daran, den Bruch vollständig zu kürzen!)

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Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Ausgänge

EreignisP
As -> As 1 50
As -> König 1 15
As -> Dame 4 75
As -> Bube 1 50
König -> As 1 15
König -> König 3 20
König -> Dame 2 15
König -> Bube 1 20
Dame -> As 4 75
Dame -> König 2 15
Dame -> Dame 7 75
Dame -> Bube 1 25
Bube -> As 1 50
Bube -> König 1 20
Bube -> Dame 1 25
Bube -> Bube 1 100

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Asse' ist:

P('As'-'As')
= 1 50

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Könige' ist:

P('König'-'König')
= 3 20

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Damen' ist:

P('Dame'-'Dame')
= 7 75

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Buben' ist:

P('Bube'-'Bube')
= 1 100

Die Wahrscheinlichkeit für 'Paar (D&K)' ist:

P('König'-'Dame') + P('Dame'-'König')
= 2 15 + 2 15 = 4 15

Die Zufallsgröße X beschreibt die gewonnenen Punkte.

Erwartungswert der Zufallsgröße X

Ereignis 2 Asse 2 Könige 2 Damen 2 Buben Paar (D&K)
Zufallsgröße xi 1000 350 160 50 20
P(X=xi) 1 50 3 20 7 75 1 100 4 15
xi ⋅ P(X=xi) 20 105 2 224 15 1 2 16 3

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 1000⋅ 1 50 + 350⋅ 3 20 + 160⋅ 7 75 + 50⋅ 1 100 + 20⋅ 4 15

= 20+ 105 2 + 224 15 + 1 2 + 16 3
= 600 30 + 1575 30 + 448 30 + 15 30 + 160 30
= 2798 30
= 1399 15

93.27