Aufgabenbeispiele von komplexere Erwartungswerte

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Erwartungswerte bei Binomialverteilungen

Beispiel:

Auf einem Jahrmarkt wird Torwandschießen angeboten. Dabei darf man für 18€ Einsatz 6 Schüsse abgeben. Trifft man alle 6, so erhält man 1000€. Bei 5 Treffern bekommt man 400€, 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=0,28 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 30 400 1000
Zufallsgröße yi (Gewinn) -18 12 382 982
P(X=xi) 0.9443 0.0478 0.0074 0.0005
xi ⋅ P(X=xi) 0 1.434 2.96 0.5
yi ⋅ P(Y=yi) -16.9974 0.5736 2.8268 0.491

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.9443 + 30⋅0.0478 + 400⋅0.0074 + 1000⋅0.0005

4.89

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)=4.89 - 18 = -13.11 ergibt.

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

E(Y)= -18⋅0.9443 + 12⋅0.0478 + 382⋅0.0074 + 982⋅0.0005

-13.11

Erwartungswerte mit best. Optionen im WS-Baum

Beispiel:

In einem Stapel Karten mit 9 Asse, 5 Könige, 9 Damen und 7 Buben werden 2 Karten gezogen. Dabei zählen 2 Asse 500, 2 Könige 400, 2 Damen 240 und 2 Buben 70 Punkte. Außerdem gibt es für ein Paar aus Dame und König 35 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 12 145
As -> König 3 58
As -> Dame 27 290
As -> Bube 21 290
König -> As 3 58
König -> König 2 87
König -> Dame 3 58
König -> Bube 7 174
Dame -> As 27 290
Dame -> König 3 58
Dame -> Dame 12 145
Dame -> Bube 21 290
Bube -> As 21 290
Bube -> König 7 174
Bube -> Dame 21 290
Bube -> Bube 7 145

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Asse' ist:

P('As'-'As')
= 12 145

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Könige' ist:

P('König'-'König')
= 2 87

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Damen' ist:

P('Dame'-'Dame')
= 12 145

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Buben' ist:

P('Bube'-'Bube')
= 7 145

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

P('König'-'Dame') + P('Dame'-'König')
= 3 58 + 3 58 = 3 29

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 500 400 240 70 35
P(X=xi) 12 145 2 87 12 145 7 145 3 29
xi ⋅ P(X=xi) 1200 29 800 87 576 29 98 29 105 29

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 500⋅ 12 145 + 400⋅ 2 87 + 240⋅ 12 145 + 70⋅ 7 145 + 35⋅ 3 29

= 1200 29 + 800 87 + 576 29 + 98 29 + 105 29
= 3600 87 + 800 87 + 1728 87 + 294 87 + 315 87
= 6737 87

77.44