Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Binomialvert. mit variabl. p (höchstens) nur GTR

Beispiel:

Eine Produktionsstätte für HighTech-Chips hat Probleme mit der Qualitätssicherung. Ein Großhändler nimmt die übliche Liefermenge von 59 Stück nur an, wenn nicht mehr als 46 Teile defekt sind. Wie hoch darf der Prozentsatz der fehlerhaften Teile höchstens sein, dass eine Lieferung mit einer Wahrscheinlichkeit von mind. 90% angenommen werden.

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pP(X≤k)
......
0.660.984
0.670.9765
0.680.9662
0.690.9523
0.70.9339
0.710.9101
0.720.88
......

Es muss gelten: Pp59 (X46) =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=binomcdf(59,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=0.71 die gesuchte Wahrscheinlichkeit über 0.9 ist.

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

Beispiel:

Ein Glücksrad soll mit nur zwei verschiedenen Sektoren (blau und rot) gebaut werden. Wie hoch muss man die Einzelwahrscheinlichkeit p mindestens wählen, dass die Wahrscheinlichkeit bei 75 Wiederholungen 43 mal (oder mehr) rot zu treffen bei mind. 70% liegt?

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pP(X≥43)=1-P(X≤42)
......
0.550.3873
0.560.4556
0.570.5254
0.580.5947
0.590.6614
0.60.7237
......

Es muss gelten: Pp75 (X43) =0.7 (oder mehr)

oder eben: 1- Pp75 (X42) =0.7 (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(75,X,42) - 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=0.6 die gesuchte Wahrscheinlichkeit über 0.7 ist.

zwei unabhängige Binom.

Beispiel:

Ein Mitarbeiter der Stadtwerke bekommt den Auftrag am Freitag bei 50 und am Samstag bei 50 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 30 und 34 am Samstag so zwischen 22 und 30 erreichen werde. Tatsächlich ist die Wahrscheinlichkeit, dass ihm die Tür geöffnet wird, am Samstag mit 65% höher als am Freitag mit 42%. 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=50 und unbekanntem Parameter p.

Gesucht ist die Wahrscheinlichkeit zwischen 30 und 34 Treffer bei 50 Versuchen mit einer Einzelwahrscheinlichkeiten von 0.42 zu erzielen, also P0.4250 (30X34) .
Diese Wahrscheinlichkeit lässt sich als P0.4250 (X34) - P0.4250 (X29) ≈ 0.9999 - 0.9922 ≈ 0.0077 berechnen.
TI-Befehl: binomcdf(50,0.42,34)- binomcdf(50,0.42,29)

Samstag:

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=50 und unbekanntem Parameter p.

Gesucht ist die Wahrscheinlichkeit zwischen 22 und 30 Treffer bei 50 Versuchen mit einer Einzelwahrscheinlichkeiten von 0.65 zu erzielen, also P0.6550 (22X30) .
Diese Wahrscheinlichkeit lässt sich als P0.6550 (X30) - P0.6550 (X21) ≈ 0.2736 - 0.0007 ≈ 0.2729 berechnen.
TI-Befehl: binomcdf(50,0.65,30)- binomcdf(50,0.65,21)

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

P ≈ 0.0077 ⋅ 0.2729 ≈ 0.0021

feste Reihenfolge im Binomialkontext

Beispiel:

7 Würfel werden gleichzeitig geworfen und liegen dann anschließend in einer Reihe. Bestimme die Wahrscheinlichkeit, dass dabei genau 5 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 5 Treffer bei 7 Versuchen mit der Formel von Bernoulli berechnen: ( 7 5 ) ( 1 6 ) 5 ( 5 6 ) 2

Dabei gibt ja ( 1 6 ) 5 ( 5 6 ) 2 die Wahrscheinlichkeit eines bestimmten Pfads mit 5 Treffer und 2 Nicht-Treffern und ( 7 5 ) die Anzahl solcher Pfade an.

Hier spielt nun aber die Reihenfolge eine Rolle, also haben wir nicht alle möglichen ( 7 5 ) Anordnungen der Treffer sondern nur die ausgewählten (bei denen die Treffer benachbart sind), das sind im Einzelnen:

XXXXXOO

OXXXXXO

OOXXXXX

Es gibt also genau 3 verschiedene mögliche Reihenfolgen für diese benachbarten Treffer, somit gilt für die Gesamtwahrscheinlichkeit:
P = 3 ⋅ ( 1 6 ) 5 ( 5 6 ) 2 ≈ 0.0003

Kombination Binom.-Baumdiagramm

Beispiel:

Bei einer Fluggesellschaft treten 18% der Besitzer gültiger Flugtickets ihren Flug nicht an. Deswegen verkauft die Fluggesellschaft immer 106 Tickets für ihr Flugzeug mit 93 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=106 und unbekanntem Parameter p.

Gesucht ist die Wahrscheinlichkeit für höchstens 93 Treffer bei 106 Versuchen mit einer Einzelwahrscheinlichkeiten von 0.82, also P0.82106 (X93)

Dazu kann man ja einfach die kumulierte Binomialverteilungsfunktion benutzen:

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=106 und p=0.82.

P0.82106 (X93) = P0.82106 (X=0) + P0.82106 (X=1) + P0.82106 (X=2) +... + P0.82106 (X=93) = 0.95753794549018 ≈ 0.9575
(TI-Befehl: binomcdf(106,0.82,93))

Damit kennen wir nun die Einzelwahrscheinlichkeiten von 'nicht überbucht' (p=0.9575) und 'überbucht'(p=0.0425).

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 überbucht0,8778
nicht überbucht -> nicht überbucht -> überbucht0,039
nicht überbucht -> überbucht -> nicht überbucht0,039
nicht überbucht -> überbucht -> überbucht0,0017
überbucht -> nicht überbucht -> nicht überbucht0,039
überbucht -> nicht überbucht -> überbucht0,0017
überbucht -> überbucht -> nicht überbucht0,0017
überbucht -> überbucht -> überbucht0,0001

Einzel-Wahrscheinlichkeiten: nicht überbucht: 0,9575; überbucht: 0,0425;

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=0,8778)
  • 'nicht überbucht'-'nicht überbucht'-'überbucht' (P=0,039)
  • 'nicht überbucht'-'überbucht'-'nicht überbucht' (P=0,039)
  • 'überbucht'-'nicht überbucht'-'nicht überbucht' (P=0,039)

Die Lösung ist also die Summe dieser Wahrscheinlichkeiten:

0,8778 + 0,039 + 0,039 + 0,039 = 0,9947


Binomial-Aufgabe mit 2 Ereignissen

Beispiel:

Bei einem Glücksrad ist die Wahrscheinlichkeit, im grünen Bereich zu landen, bei p=0,45. Es wird 60 mal gedreht. Bestimme die Wahrscheinlichkeit des folgenden Ereignisses:Von den ersten 20 Versuchen landen genau 7 Versuche im grünen Bereich und von den restlichen Versuchen wird mindestens 14 mal auf grün gedreht.

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Wir können die beiden Ereignisse als zwei getrennte von einander unabhängige Zufallsversuche betrachten, dabei betrachten wir zuerst die ersten 20 Durchgänge:

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Drehungen die im grünen Bereich landen an. X ist binomialverteilt mit n=20 und p=0.45.

Die gesuchte Wahrscheinlichkeit des ersten Teilereignisses berechnet man jetzt einfach als P0.4520 (X=7) ≈ 0.1221.

Analog betrachten wir nun die restlichen 40 Durchgänge:

Die Zufallsgröße Y gibt die Anzahl der Drehungen die im grünen Bereich landen an. Y ist binomialverteilt mit n=40 und p=0.45.

Die gesuchte Wahrscheinlichkeit des zweiten Teilereignisses berechnet man nun als P0.4540 (Y14) = 1- P0.4540 (Y13) ≈ 0.9249.

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 = P0.4520 (X=7) P0.4540 (Y14) = 0.1221 ⋅ 0.9249 ≈ 0.1129