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 2000€. Bei 5 Treffern bekommt man 300€, und bei 4 Treffern 20€. 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=0,27 ausgehen kann?
(Das Ergebnis bitte auf 2 Stellen runden!)
Zuerst müssen wir die Wahrscheinlichkeiten für die einzelnen 'Trefferzahlen' bestimmen:
Trefferzahl: 0-3
Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.27.
= + + + = 0.95084702191 ≈ 0.9508(TI-Befehl: binomcdf(6,0.27,3))
Trefferzahl: 4
Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.27.
= =0.042480736335≈ 0.0425(TI-Befehl: binompdf(6,0.27,4))
Trefferzahl: 5
Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.27.
= =0.006284821266≈ 0.0063(TI-Befehl: binompdf(6,0.27,5))
Trefferzahl: 6
Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.27.
= =0.000387420489≈ 0.0004(TI-Befehl: binompdf(6,0.27,6))
Erwartungswerte der Zufallsgrößen X und Y
Ereignis | 0-3 | 4 | 5 | 6 |
Zufallsgröße xi | 0 | 20 | 300 | 2000 |
Zufallsgröße yi (Gewinn) | -18 | 2 | 282 | 1982 |
P(X=xi) | 0.9508 | 0.0425 | 0.0063 | 0.0004 |
xi ⋅ P(X=xi) | ||||
yi ⋅ P(Y=yi) |
Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:
E(X)= 0⋅0.9508 + 20⋅0.0425 + 300⋅0.0063 + 2000⋅0.0004
≈ 3.54
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)=3.54 - 18 = -14.46 ergibt.
Oder man rechnet gleich den Erwartungswert der einzelnen Gewinne (X2) aus:
E(Y)= -18⋅0.9508 + 2⋅0.0425 + 282⋅0.0063 + 1982⋅0.0004
≈ -14.46
Erwartungswerte mit gesuchten Anzahlen im WS-Baum
Beispiel:
Ein Spieler darf aus einer Urne mit 7 blauen und 3 roten Kugeln 3 Kugeln ohne zurücklegen ziehen. Zieht er dabei 3 blaue Kugeln, so erhält er 13€, bei 2 blauen bekommt er noch 5€, bei einer 3€. Ist gar keine blaue Kugel dabei, erhält er 0€. Welchen Gewinn kann er erwarten?
(Denk daran, den Bruch vollständig zu kürzen!)
Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Ausgänge
Ereignis | P |
---|---|
blau -> blau -> blau | |
blau -> blau -> rot | |
blau -> rot -> blau | |
blau -> rot -> rot | |
rot -> blau -> blau | |
rot -> blau -> rot | |
rot -> rot -> blau | |
rot -> rot -> rot |
Die Wahrscheinlichkeit für 0 mal 'blau' ist:
Die Wahrscheinlichkeit für 1 mal 'blau' ist: + + =
Die Wahrscheinlichkeit für 2 mal 'blau' ist: + + =
Die Wahrscheinlichkeit für 3 mal 'blau' ist:
Die Zufallsgröße X beschreibt den ausbezahlten Euro-Betrag.
Erwartungswert der Zufallsgröße X
Ereignis | 0 | 1 | 2 | 3 |
Zufallsgröße xi | 0 | 3 | 5 | 13 |
P(X=xi) | ||||
xi ⋅ P(X=xi) |
Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:
E(X)= 0⋅ + 3⋅ + 5⋅ + 13⋅
=
=
=
≈ 6.94