Aufgabenbeispiele von Wiederholung aus 9/10

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Binomialvert. mit variablem n (mind)

Beispiel:

In Tschechien gilt absolutes Alkoholverbot in Lokalen für Jugendliche unter 18 Jahren. Ein paar trinkfreudige 17-jährige Jugendliche wollen bei einer Studienfahrt nach Prag trotzdem ihr Glück versuchen. 92% der Gaststätten setzen das Alkoholverbot konsequent um und schenken nur gegen Vorlage einer "ID" (Personalausweis) Bier aus. Wie viele Kneipen müssen die Jugenlichen nun mindestens aufsuchen, damit sie bei einer Kneipentour mit mindestens 90% Wahrscheinlichkeit in mindestens 5 Lokalen nicht mit Nachfragen zu ihrer "ID" gedemütigt werden und in Ruhe ein Bier trinken können?

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nP(X≤k)
......
930.1259
940.1202
950.1147
960.1094
970.1044
980.0995
......

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der besuchten Kneipen, die keine "ID" (Personalausweis) verlangen an und ist im Idealfall binomialverteilt mit p = 0.08 und variablem n.

Es muss gelten: P0.08n (X5) ≥ 0.9

Weil man ja aber P0.08n (X5) nicht in den WTR eingeben kann, müssen wir diese Wahrscheinlichkeit über die Gegenwahrscheinlichkeit berechnen:

P0.08n (X5) = 1 - P0.08n (X4) ≥ 0.9 |+ P0.08n (X4) - 0.9

0.1 ≥ P0.08n (X4) oder P0.08n (X4) ≤ 0.1

Jetzt müssen wir eben so lange mit verschiedenen Werten von n probieren, bis diese Gleichung erstmals erfüllt wird:

Dabei stellt sich nun natürlich die Frage, mit welchem Wert für n wir dabei beginnen. Im Normalfall enden 8% der Versuche mit einem Treffer. Also müssten dann doch bei 5 0.08 ≈ 63 Versuchen auch ungefähr 5 (≈0.08⋅63) Treffer auftreten.

Wir berechnen also mit unserem ersten n=63:
P0.08n (X4) ≈ 0.4259 (TI-Befehl: Binomialcdf ...)

Je nachdem, wie weit nun dieser Wert noch von den gesuchten 0.1 entfernt ist, erhöhen bzw. verkleinern wir das n eben in größeren oder kleineren Schrittweiten.

Dies wiederholen wir solange, bis wir zwei aufeinanderfolgende Werte von n gefunden haben, bei denen die 0.1 überschritten wird.

Aus der Werte-Tabelle (siehe links) erkennt man dann, dass erstmals bei n=98 die gesuchte Wahrscheinlichkeit unter 0.1 ist.

n muss also mindestens 98 sein, damit P0.08n (X4) ≤ 0.1 oder eben P0.08n (X5) ≥ 0.9 gilt.

kumulierte Binomialverteilung

Beispiel:

Bei einem Glücksrad ist die Wahrscheinlichkeit im grünen Bereich zu landen bei p=0,35. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit bei 43 Versuchen höchstens 15 mal im grünen Bereich zu landen?
(Bitte auf 4 Stellen nach dem Komma runden)

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Die Zufallsvariable X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=43 und p=0.35.

P0.3543 (X15) = P0.3543 (X=0) + P0.3543 (X=1) + P0.3543 (X=2) +... + P0.3543 (X=15) = 0.56332069693798 ≈ 0.5633
(TI-Befehl: binomcdf(43,0.35,15))

Binomialvert. mit variablem p (diskret)

Beispiel:

Eine Firma, die Überraschungseier vertreibt, möchte als Werbegag manche Eier mit Superfiguren bestücken. Aus Angst vor Kundenbeschwerden sollen in einer 7er-Packung mit der mindestens 50% Wahrscheinlichkeit 2 oder mehr Superfiguren enthalten sein. Wenn in jedes n-te Ei eine Superfigur rein soll, wie groß darf dann n höchstens sein?

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pP(X≥2)=1-P(X≤1)
......
1 2 0.9375
1 3 0.7366
1 4 0.5551
1 5 0.4233
......

Die Zufallsvariable X gibt die Anzahl der Eier mit einer Superfigur an. X ist binomialverteilt mit n=7 und unbekanntem Parameter p.

Es muss gelten: Pp7 (X2) = 1- Pp7 (X1) = 0.5 (oder mehr)

Wir wissen, dass der Zähler bei unserer Einzelwahrscheinlichkeit p 1 sein muss, da es ja genau einen günstigen Fall gibt.

Wir müssen nun bei verschiedenen Nennern untersuchen, wie hoch die gesuchte Wahrscheinlichkeit Pp7 (X2) ('mindestens 2 Treffer bei 7 Versuchen') bei diesen Nennern wird (siehe Tabelle links)

Als Startwert wählen wir als p= 1 2 .

In dieser Tabelle erkennen wir, dass letztmals bei der Einzelwahrscheinlichkeit p= 1 4 die gesuchte Wahrscheinlichkeit über 50% bleibt.
Der Nenner, also die das wievielte Ei eine Superfigur enthält, darf also höchstens 4 sein.

Binomialvert. mit variabl. p (mind.) nur GTR

Beispiel:

Bei einem Zufallsexperiment ist die Wahrscheinlichkeit für einen Treffer unbekannt. Das Zufallsexperinment wird 97 mal wiederholt (bzw. die Stichprobe hat die Größe 97)
Wie hoch muss die Einzelwahrscheinlichkeit p mindestens sein, dass mit einer Wahrscheinlich von mind. 90% mindestens 60 Treffer erzielt werden?

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pP(X≥60)=1-P(X≤59)
......
0.630.6355
0.640.7097
0.650.7764
0.660.8339
0.670.8813
0.680.9185
......

Es muss gelten: Pp97 (X60) =0.9 (oder mehr)

oder eben: 1- Pp97 (X59) =0.9 (oder mehr)

Diese Gleichung gibt man also in den GTR als Funktion ein, wobei das variable p eben als X gesetzt werden muss.
(TI-Befehl: y1=1-binomcdf(97,X,59) - dabei darauf achten, dass X nur zwischen 0 und 1 sein darf - bei TblSet sollte deswegen Δtable auf 0.01 gesetzt werden )

Aus der Werte-Tabelle (siehe links) erkennt man dann, dass erstmals bei p=0.68 die gesuchte Wahrscheinlichkeit über 0.9 ist.

Binomialverteilung X ∈ [l;k]

Beispiel:

Bei einem Glücksrad ist die Wahrscheinlichkeit im grünen Bereich zu landen bei p=0,5. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit bei 54 Versuchen, mehr als 22 mal und höchstens 27 mal im grünen Bereich zu landen?

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P0.554 (23X27) =

...
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
...

P0.554 (X27) - P0.554 (X22) ≈ 0.554 - 0.1102 ≈ 0.4438
(TI-Befehl: binomcdf(54,0.5,27) - binomcdf(54,0.5,22))

Binomialvert. Abstand vom Erwartungswert

Beispiel:

Ein Basketballspieler hat eine Trefferquote von p=70%. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit dass er bei 87 Versuchen nicht mehr als 10% von seinem Erwartungswert abweicht?

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Den Erwartungswert berechnet man als E=n⋅p=87⋅0.7 = 60.9

Die 10% Abweichung wären dann zwischen 90% von 60.9, also 0.9⋅ 60.9 = 54.81 und 110% von 60.9, also 1.1⋅ 60.9 = 66.99

Da die Trefferzahl ja nicht weiter von 60.9 entfernt sein darf als 54.81 bzw. 66.99, muss sie also zwischen 55 und 66 liegen.

P0.787 (55X66) =

...
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
...

P0.787 (X66) - P0.787 (X54) ≈ 0.9072 - 0.0693 ≈ 0.8379
(TI-Befehl: binomcdf(87,0.7,66) - binomcdf(87,0.7,54))