Aufgabenbeispiele von komplexere Erwartungswerte

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Erwartungswerte bei Binomialverteilungen

Beispiel:

Auf einem Jahrmarkt hat man für 10€ 5 Versuche, einen Ball in einen Eimer zu werden. Dabei springt der Ball aber mit einer Wahrscheinlichkeit von 77% wieder raus. Bleibt er aber drin, bekommt man einen Euro. Als Riskovariante kann man das Spiel auch so spielen, dass man bei einem Treffer nichts bekommt, bei zwei jedoch gleich 4€, bei drei Treffern sogar 9€, bei 4 Treffern 16 € und bei 5 Treffern volle 25€. Berechne den Erwartungswert des Gewinns der Risikovariante um diesen mit dem des normalen Spiels zu vergleichen.
(Das Ergebnis bitte auf 2 Stellen runden!)

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Zuerst müssen wir die Wahrscheinlichkeiten für die einzelnen 'Trefferzahlen' bestimmen:

Trefferzahl: 0-1

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=5 und p=0.23.

P0.235 (X≤1) = P0.235 (X=0) + P0.235 (X=1) = 0.6749383872 ≈ 0.6749
(TI-Befehl: binomcdf(5,0.23,1))

Trefferzahl: 2

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=5 und p=0.23.

P0.235 (X=2) = ( 5 2 ) ⋅ 0.232 ⋅ 0.773 =0.241505957≈ 0.2415
(TI-Befehl: binompdf(5,0.23,2))

Trefferzahl: 3

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=5 und p=0.23.

P0.235 (X=3) = ( 5 3 ) ⋅ 0.233 ⋅ 0.772 =0.072138143≈ 0.0721
(TI-Befehl: binompdf(5,0.23,3))

Trefferzahl: 4

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=5 und p=0.23.

P0.235 (X=4) = ( 5 4 ) ⋅ 0.234 ⋅ 0.771 =0.0107738785≈ 0.0108
(TI-Befehl: binompdf(5,0.23,4))

Trefferzahl: 5

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=5 und p=0.23.

P0.235 (X=5) = ( 5 5 ) ⋅ 0.235 ⋅ 0.770 =0.0006436343≈ 0.0006
(TI-Befehl: binompdf(5,0.23,5))

Erwartungswerte der Zufallsgrößen X und Y

Ereignis 0-1 2 3 4 5
Zufallsgröße xi 0 4 9 16 25
Zufallsgröße yi (Gewinn) -10 -6 -1 6 15
P(X=xi) 0.6749 0.2415 0.0721 0.0108 0.0006
xi ⋅ P(X=xi) 0 0,966 0,6489 0,1728 0,015
yi ⋅ P(Y=yi) -6,749 -1,449 -0,0721 0,0648 0,009

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.6749 + 4⋅0.2415 + 9⋅0.0721 + 16⋅0.0108 + 25⋅0.0006

≈ 1.8

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)=1.8 - 10 = -8.2 ergibt.

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

E(Y)= -10⋅0.6749 + -6⋅0.2415 + -1⋅0.0721 + 6⋅0.0108 + 15⋅0.0006

≈ -8.2

Erwartungswerte mit gesuchten Anzahlen im WS-Baum

Beispiel:

Auf einen Schüleraustausch bewerben sich 15 Mädchen und 10 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 91 460
Mädchen -> Mädchen -> Jungs 7 46
Mädchen -> Jungs -> Mädchen 7 46
Mädchen -> Jungs -> Jungs 9 92
Jungs -> Mädchen -> Mädchen 7 46
Jungs -> Mädchen -> Jungs 9 92
Jungs -> Jungs -> Mädchen 9 92
Jungs -> Jungs -> Jungs 6 115

Die Wahrscheinlichkeit für 0 mal 'Mädchen' ist: 6 115

Die Wahrscheinlichkeit für 1 mal 'Mädchen' ist: 9 92 + 9 92 + 9 92 = 27 92

Die Wahrscheinlichkeit für 2 mal 'Mädchen' ist: 7 46 + 7 46 + 7 46 = 21 46

Die Wahrscheinlichkeit für 3 mal 'Mädchen' ist: 91 460

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) 6 115 27 92 21 46 91 460
xi ⋅ P(X=xi) 0 27 92 21 23 273 460

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅ 6 115 + 1⋅ 27 92 + 2⋅ 21 46 + 3⋅ 91 460

= 0+ 27 92 + 21 23 + 273 460
= 0 460 + 135 460 + 420 460 + 273 460
= 828 460
= 9 5

≈ 1.8