Aufgabenbeispiele von komplexere Erwartungswerte

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Erwartungswerte bei Binomialverteilungen

Beispiel:

Auf einem Jahrmarkt wird Torwandschießen angeboten. Dabei darf man für 17€ Einsatz 6 Schüsse abgeben. Trifft man alle 6, so erhält man 5000€. Bei 5 Treffern bekommt man 400€, und bei 4 Treffern 50€. 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=0,29 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 Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.29.

P0.296 (X3) = P0.296 (X=0) + P0.296 (X=1) + P0.296 (X=2) + P0.296 (X=3) = 0.93718637439 ≈ 0.9372
(TI-Befehl: binomcdf(6,0.29,3))

Trefferzahl: 4

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.29.

P0.296 (X=4) = ( 6 4 ) 0.294 0.712 =0.053481052815≈ 0.0535
(TI-Befehl: binompdf(6,0.29,4))

Trefferzahl: 5

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.29.

P0.296 (X=5) = ( 6 5 ) 0.295 0.711 =0.008737749474≈ 0.0087
(TI-Befehl: binompdf(6,0.29,5))

Trefferzahl: 6

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.29.

P0.296 (X=6) = ( 6 6 ) 0.296 0.710 =0.000594823321≈ 0.0006
(TI-Befehl: binompdf(6,0.29,6))

Erwartungswerte der Zufallsgrößen X und Y

Ereignis 0-3 4 5 6
Zufallsgröße xi 0 50 400 5000
Zufallsgröße yi (Gewinn) -17 33 383 4983
P(X=xi) 0.9372 0.0535 0.0087 0.0006
xi ⋅ P(X=xi) 0 2,675 3,48 3
yi ⋅ P(Y=yi) -15,9324 1,7655 3,3321 2,9898

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.9372 + 50⋅0.0535 + 400⋅0.0087 + 5000⋅0.0006

9.16

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)=9.16 - 17 = -7.84 ergibt.

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

E(Y)= -17⋅0.9372 + 33⋅0.0535 + 383⋅0.0087 + 4983⋅0.0006

-7.85

Erwartungswerte mit gesuchten Anzahlen im WS-Baum

Beispiel:

Auf einen Schüleraustausch bewerben sich 18 Mädchen und 11 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 136 609
Mädchen -> Mädchen -> Jungs 187 1218
Mädchen -> Jungs -> Mädchen 187 1218
Mädchen -> Jungs -> Jungs 55 609
Jungs -> Mädchen -> Mädchen 187 1218
Jungs -> Mädchen -> Jungs 55 609
Jungs -> Jungs -> Mädchen 55 609
Jungs -> Jungs -> Jungs 55 1218

Die Wahrscheinlichkeit für 0 mal 'Mädchen' ist: 55 1218

Die Wahrscheinlichkeit für 1 mal 'Mädchen' ist: 55 609 + 55 609 + 55 609 = 55 203

Die Wahrscheinlichkeit für 2 mal 'Mädchen' ist: 187 1218 + 187 1218 + 187 1218 = 187 406

Die Wahrscheinlichkeit für 3 mal 'Mädchen' ist: 136 609

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) 55 1218 55 203 187 406 136 609
xi ⋅ P(X=xi) 0 55 203 187 203 136 203

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅ 55 1218 + 1⋅ 55 203 + 2⋅ 187 406 + 3⋅ 136 609

= 0+ 55 203 + 187 203 + 136 203
= 0 203 + 55 203 + 187 203 + 136 203
= 378 203
= 54 29

1.86