Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Binomialvert. mit variabl. p (höchstens) nur GTR

Beispiel:

Bei einem Zufallsexperiment ist die Wahrscheinlichkeit für einen Treffer unbekannt. Das Zufallsexperinment wird 99 mal wiederholt (bzw. die Stichprobe hat die Größe 99).Wie hoch darf die Einzelwahrscheinlichkeit p höchstens sein, dass mit einer Wahrscheinlichkeit von mind. 80% höchstens 46 Treffer erzielt werden?

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pP(X≤k)
......
0.370.9789
0.380.9659
0.390.9469
0.40.9207
0.410.886
0.420.8418
0.430.7879
......

Es muss gelten: Pp99 (X46) =0.8 (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=binomcdf(99,X,46) - 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 letztmals bei p=0.42 die gesuchte Wahrscheinlichkeit über 0.8 ist.

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

Beispiel:

Bei einem Zufallsexperiment ist die Wahrscheinlichkeit für einen Treffer unbekannt. Das Zufallsexperinment wird 54 mal wiederholt (bzw. die Stichprobe hat die Größe 54)Wie hoch muss die Einzelwahrscheinlichkeit p mindestens sein, dass mit einer Wahrscheinlich von mind. 80% mindestens 44 Treffer erzielt werden?

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pP(X≥44)=1-P(X≤43)
......
0.80.473
0.810.5474
0.820.6221
0.830.6945
0.840.7619
0.850.8222
......

Es muss gelten: Pp54 (X44) =0.8 (oder mehr)

oder eben: 1- Pp54 (X43) =0.8 (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(54,X,43) - 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=0.85 die gesuchte Wahrscheinlichkeit über 0.8 ist.

zwei unabhängige Binom.

Beispiel:

Ein Mitarbeiter der Stadtwerke bekommt den Auftrag am Freitag bei 60 und am Samstag bei 40 Haushalten den Gas- und den Stromzähler abzulesen. Als ihn seine Frau fragt, was er denn glaubt, wie viele der Kunden überhaupt zuhause wären und die Tür öffnen würden, sagr er: Ich denke, dass ich am Freitag so zwischen 24 und 35 am Samstag so zwischen 24 und 30 erreichen werde. Tatsächlich ist die Wahrscheinlichkeit, dass ihm die Tür geöffnet wird, am Samstag mit 64% höher als am Freitag mit 58%. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass seine Prognose zutrifft?
(Bitte auf 4 Stellen nach dem Komma runden)

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Freitag:

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=60 und unbekanntem Parameter p.

Gesucht ist die Wahrscheinlichkeit zwischen 24 und 35 Treffer bei 60 Versuchen mit einer Einzelwahrscheinlichkeiten von 0.58 zu erzielen, also P0.5860 (24X35) .
Diese Wahrscheinlichkeit lässt sich als P0.5860 (X35) - P0.5860 (X23) ≈ 0.5699 - 0.0017 ≈ 0.5682 berechnen.
TI-Befehl: binomcdf(60,0.58,35)- binomcdf(60,0.58,23)

Samstag:

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=40 und unbekanntem Parameter p.

Gesucht ist die Wahrscheinlichkeit zwischen 24 und 30 Treffer bei 40 Versuchen mit einer Einzelwahrscheinlichkeiten von 0.64 zu erzielen, also P0.6440 (24X30) .
Diese Wahrscheinlichkeit lässt sich als P0.6440 (X30) - P0.6440 (X23) ≈ 0.9503 - 0.2422 ≈ 0.7081 berechnen.
TI-Befehl: binomcdf(40,0.64,30)- binomcdf(40,0.64,23)

Da die beiden Ereignisse unabhängig voneinander sind, darf man die Wahrscheinlichkeiten multilplizieren, um die Wahrscheinlichkeit, dass beides eintritt, zu erhalten:

P ≈ 0.5682 ⋅ 0.7081 ≈ 0.4023

feste Reihenfolge im Binomialkontext

Beispiel:

6 Würfel werden gleichzeitig geworfen und liegen dann anschließend in einer Reihe. Bestimme die Wahrscheinlichkeit, dass dabei genau 4 Sechser gewürfelt werden und die alle direkt nebeneinander liegen.

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Wenn die Reihenfolge keine Rolle spielen würde, könnten wir ja einfach die Wahrscheinlichkeit von 4 Treffer bei 6 Versuchen mit der Formel von Bernoulli berechnen: ( 6 4 ) ( 1 6 ) 4 ( 5 6 ) 2

Dabei gibt ja ( 1 6 ) 4 ( 5 6 ) 2 die Wahrscheinlichkeit eines bestimmten Pfads mit 4 Treffer und 2 Nicht-Treffern und ( 6 4 ) die Anzahl solcher Pfade an.

Hier spielt nun aber die Reihenfolge eine Rolle, also haben wir nicht alle möglichen ( 6 4 ) Anordnungen der Treffer sondern nur die ausgewählten (bei denen die Treffer benachbart sind), das sind im Einzelnen:

XXXXOO

OXXXXO

OOXXXX

Es gibt also genau 3 verschiedene mögliche Reihenfolgen für diese benachbarten Treffer, somit gilt für die Gesamtwahrscheinlichkeit:
P = 3 ⋅ ( 1 6 ) 4 ( 5 6 ) 2 ≈ 0.0016

Kombination Binom.-Baumdiagramm

Beispiel:

Bei einer Fluggesellschaft treten 15% der Besitzer gültiger Flugtickets ihren Flug nicht an. Deswegen verkauft die Fluggesellschaft immer 108 Tickets für ihr Flugzeug mit 98 Plätzen. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass es bei drei aufeinanderfolgenden Flügen nicht öfters als einmal zu der peinlichen Situation kommt, dass mehr Fluggäste ihren Flug antreten wollen, als Plätze frei sind?
(Bitte auf 4 Stellen nach dem Komma runden)

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Zuerst berechnen wir mit Hilfe der Binomialverteilungsfunktionen die Einzelwahrscheinlichkeiten für 'nicht überbucht'.

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=108 und unbekanntem Parameter p.

Gesucht ist die Wahrscheinlichkeit für höchstens 98 Treffer bei 108 Versuchen mit einer Einzelwahrscheinlichkeiten von 0.85, also P0.85108 (X98)

Dazu kann man ja einfach die kumulierte Binomialverteilungsfunktion benutzen:

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=108 und p=0.85.

P0.85108 (X98) = P0.85108 (X=0) + P0.85108 (X=1) + P0.85108 (X=2) +... + P0.85108 (X=98) = 0.97110287502463 ≈ 0.9711
(TI-Befehl: binomcdf(108,0.85,98))

Damit kennen wir nun die Einzelwahrscheinlichkeiten von 'nicht überbucht' (p=0.9711) und 'überbucht'(p=0.0289).

Jetzt können wir mit einem Baumdiagramm die Gesuchte Endwahrscheinlichkeit berechnen.

Gesucht ist ja 0 mal 'überbucht' oder 1 mal 'überbucht'

EreignisP
nicht überbucht -> nicht überbucht -> nicht überbucht0,9158
nicht überbucht -> nicht überbucht -> überbucht0,0273
nicht überbucht -> überbucht -> nicht überbucht0,0273
nicht überbucht -> überbucht -> überbucht0,0008
überbucht -> nicht überbucht -> nicht überbucht0,0273
überbucht -> nicht überbucht -> überbucht0,0008
überbucht -> überbucht -> nicht überbucht0,0008
überbucht -> überbucht -> überbucht0

Einzel-Wahrscheinlichkeiten: nicht überbucht: 0,9711; überbucht: 0,0289;

Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das SchaubBild nicht sehen :( Die relevanten Pfade sind:
  • 'nicht überbucht'-'nicht überbucht'-'nicht überbucht' (P=0,9158)
  • 'nicht überbucht'-'nicht überbucht'-'überbucht' (P=0,0273)
  • 'nicht überbucht'-'überbucht'-'nicht überbucht' (P=0,0273)
  • 'überbucht'-'nicht überbucht'-'nicht überbucht' (P=0,0273)

Die Lösung ist also die Summe dieser Wahrscheinlichkeiten:

0,9158 + 0,0273 + 0,0273 + 0,0273 = 0,9975


Binomial-Aufgabe mit 2 Ereignissen

Beispiel:

Ein normaler Würfel wird 32 mal geworfen. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit dass, Von den ersten 16 Versuchen höchstens 2 mal eine Sechs gewürfelt wird und von den restlichen Versuchen mindestens 1 Sechser gewürfelt werden?

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Wir können die beiden Ereignisse als zwei getrennte von einander unabhängige Zufallsversuche betrachten, dabei betrachten wir zuerst die ersten 16 Durchgänge:

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Sechser-Würfe an. X ist binomialverteilt mit n=16 und p= 1 6 .

Die gesuchte Wahrscheinlichkeit des ersten Teilereignisses berechnet man jetzt einfach als P 1 6 16 (X2) ≈ 0.4868.

Analog betrachten wir nun die restlichen 16 Durchgänge:

Die Zufallsgröße Y gibt die Anzahl der Sechser-Würfe an. Y ist binomialverteilt mit n=16 und p= 1 6 .

Die gesuchte Wahrscheinlichkeit des zweiten Teilereignisses berechnet man nun als P 1 6 16 (Y1) = 1- P 1 6 16 (Y0) ≈ 0.9459.

Da die beiden Teilereignisse unabhängig voneinander sind und ja beide eintreten sollen, müssen wir nun die beiden Teilwahrscheinlichkeiten miteinander multiplizieren um die gesuchte Gesamtwahrscheinlcihkeit zu erhalten:

P = P 1 6 16 (X2) P 1 6 16 (Y1) = 0.4868 ⋅ 0.9459 ≈ 0.4605