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 3000€. Bei 5 Treffern bekommt man 200€, und bei 4 Treffern 40€. 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=0,26 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=0.26.

P0.266 (X3) = P0.266 (X=0) + P0.266 (X=1) + P0.266 (X=2) + P0.266 (X=3) = 0.95687974464 ≈ 0.9569
(TI-Befehl: binomcdf(6,0.26,3))

Trefferzahl: 4

Die Zufallsvariable X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.26.

P0.266 (X=4) = ( 6 4 ) 0.264 0.742 =0.03753600864≈ 0.0375
(TI-Befehl: binompdf(6,0.26,4))

Trefferzahl: 5

Die Zufallsvariable X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.26.

P0.266 (X=5) = ( 6 5 ) 0.265 0.741 =0.005275330944≈ 0.0053
(TI-Befehl: binompdf(6,0.26,5))

Trefferzahl: 6

Die Zufallsvariable X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.26.

P0.266 (X=6) = ( 6 6 ) 0.266 0.740 =0.000308915776≈ 0.0003
(TI-Befehl: binompdf(6,0.26,6))

Erwartungswerte der Zufallsgrößen X und Y

Ereignis 0-3 4 5 6
Zufallsgröße xi 0 40 200 3000
Zufallsgröße yi (Gewinn) -9 31 191 2991
P(X=xi) 0.9569 0.0375 0.0053 0.0003
xi ⋅ P(X=xi) 0 1.5 1.06 0.9
yi ⋅ P(Y=yi) -8.6121 1.1625 1.0123 0.8973

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.9569 + 40⋅0.0375 + 200⋅0.0053 + 3000⋅0.0003

3.46

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)=3.46 - 9 = -5.54 ergibt.

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

E(Y)= -9⋅0.9569 + 31⋅0.0375 + 191⋅0.0053 + 2991⋅0.0003

-5.54

Erwartungswerte mit gesuchten Anzahlen im WS-Baum

Beispiel:

Auf einen Schüleraustausch bewerben sich 15 Mädchen und 6 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 13 38
Mädchen -> Mädchen -> Jungs 3 19
Mädchen -> Jungs -> Mädchen 3 19
Mädchen -> Jungs -> Jungs 15 266
Jungs -> Mädchen -> Mädchen 3 19
Jungs -> Mädchen -> Jungs 15 266
Jungs -> Jungs -> Mädchen 15 266
Jungs -> Jungs -> Jungs 2 133

Die Wahrscheinlichkeit für 0 mal 'Mädchen' ist: 2 133

Die Wahrscheinlichkeit für 1 mal 'Mädchen' ist: 15 266 + 15 266 + 15 266 = 45 266

Die Wahrscheinlichkeit für 2 mal 'Mädchen' ist: 3 19 + 3 19 + 3 19 = 9 19

Die Wahrscheinlichkeit für 3 mal 'Mädchen' ist: 13 38

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) 2 133 45 266 9 19 13 38
xi ⋅ P(X=xi) 0 45 266 18 19 39 38

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅ 2 133 + 1⋅ 45 266 + 2⋅ 9 19 + 3⋅ 13 38

= 0+ 45 266 + 18 19 + 39 38
= 0 266 + 45 266 + 252 266 + 273 266
= 570 266
= 15 7

2.14