Aufgabenbeispiele von komplexere Erwartungswerte

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Erwartungswerte bei Binomialverteilungen

Beispiel:

Auf einem Jahrmarkt wird Torwandschießen angeboten. Dabei darf man für 12€ Einsatz 6 Schüsse abgeben. Trifft man alle 6, so erhält man 5000€. Bei 5 Treffern bekommt man 300€, 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=0,29 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=0.29.

P0.296 (X3) = P0.296 (X=0) + P0.296 (X=1) + P0.296 (X=2) + P0.296 (X=3) = 0.93718637439 ≈ 0.9372
(TI-Befehl: binomcdf(6,0.29,3))

Trefferzahl: 4

Die Zufallsvariable X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.29.

P0.296 (X=4) = ( 6 4 ) 0.294 0.712 =0.053481052815≈ 0.0535
(TI-Befehl: binompdf(6,0.29,4))

Trefferzahl: 5

Die Zufallsvariable X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.29.

P0.296 (X=5) = ( 6 5 ) 0.295 0.711 =0.008737749474≈ 0.0087
(TI-Befehl: binompdf(6,0.29,5))

Trefferzahl: 6

Die Zufallsvariable X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.29.

P0.296 (X=6) = ( 6 6 ) 0.296 0.710 =0.000594823321≈ 0.0006
(TI-Befehl: binompdf(6,0.29,6))

Erwartungswerte der Zufallsgrößen X und Y

Ereignis 0-3 4 5 6
Zufallsgröße xi 0 30 300 5000
Zufallsgröße yi (Gewinn) -12 18 288 4988
P(X=xi) 0.9372 0.0535 0.0087 0.0006
xi ⋅ P(X=xi) 0 1.605 2.61 3
yi ⋅ P(Y=yi) -11.2464 0.963 2.5056 2.9928

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.9372 + 30⋅0.0535 + 300⋅0.0087 + 5000⋅0.0006

7.22

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)=7.22 - 12 = -4.78 ergibt.

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

E(Y)= -12⋅0.9372 + 18⋅0.0535 + 288⋅0.0087 + 4988⋅0.0006

-4.79

Erwartungswerte mit best. Optionen im WS-Baum

Beispiel:

In einem Stapel Karten mit 6 Asse, 5 Könige, 7 Damen und 6 Buben werden 2 Karten gezogen. Dabei zählen 2 Asse 1000, 2 Könige 400, 2 Damen 160 und 2 Buben 60 Punkte. Außerdem gibt es für ein Paar aus Dame und König 40 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 5 92
As -> König 5 92
As -> Dame 7 92
As -> Bube 3 46
König -> As 5 92
König -> König 5 138
König -> Dame 35 552
König -> Bube 5 92
Dame -> As 7 92
Dame -> König 35 552
Dame -> Dame 7 92
Dame -> Bube 7 92
Bube -> As 3 46
Bube -> König 5 92
Bube -> Dame 7 92
Bube -> Bube 5 92

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Asse' ist:

P('As'-'As')
= 5 92

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Könige' ist:

P('König'-'König')
= 5 138

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Damen' ist:

P('Dame'-'Dame')
= 7 92

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Buben' ist:

P('Bube'-'Bube')
= 5 92

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

P('König'-'Dame') + P('Dame'-'König')
= 35 552 + 35 552 = 35 276

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 400 160 60 40
P(X=xi) 5 92 5 138 7 92 5 92 35 276
xi ⋅ P(X=xi) 1250 23 1000 69 280 23 75 23 350 69

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 1000⋅ 5 92 + 400⋅ 5 138 + 160⋅ 7 92 + 60⋅ 5 92 + 40⋅ 35 276

= 1250 23 + 1000 69 + 280 23 + 75 23 + 350 69
= 3750 69 + 1000 69 + 840 69 + 225 69 + 350 69
= 6165 69
= 2055 23

89.35