Aufgabenbeispiele von komplexere Erwartungswerte

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Erwartungswerte bei Binomialverteilungen

Beispiel:

Auf einem Jahrmarkt wird Torwandschießen angeboten. Dabei darf man für 10€ Einsatz 6 Schüsse abgeben. Trifft man alle 6, so erhält man 2000€. Bei 5 Treffern bekommt man 500€, 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=0,34 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=0.34.

P0.346 (X3) = P0.346 (X=0) + P0.346 (X=1) + P0.346 (X=2) + P0.346 (X=3) = 0.89314657344 ≈ 0.8931
(TI-Befehl: binomcdf(6,0.34,3))

Trefferzahl: 4

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.34.

P0.346 (X=4) = ( 6 4 ) 0.344 0.662 =0.08731619424≈ 0.0873
(TI-Befehl: binompdf(6,0.34,4))

Trefferzahl: 5

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.34.

P0.346 (X=5) = ( 6 5 ) 0.345 0.661 =0.017992427904≈ 0.018
(TI-Befehl: binompdf(6,0.34,5))

Trefferzahl: 6

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.34.

P0.346 (X=6) = ( 6 6 ) 0.346 0.660 =0.001544804416≈ 0.0015
(TI-Befehl: binompdf(6,0.34,6))

Erwartungswerte der Zufallsgrößen X und Y

Ereignis 0-3 4 5 6
Zufallsgröße xi 0 50 500 2000
Zufallsgröße yi (Gewinn) -10 40 490 1990
P(X=xi) 0.8931 0.0873 0.018 0.0015
xi ⋅ P(X=xi) 0 4,365 9 3
yi ⋅ P(Y=yi) -8,931 3,492 8,82 2,985

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.8931 + 50⋅0.0873 + 500⋅0.018 + 2000⋅0.0015

16.37

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)=16.37 - 10 = 6.37 ergibt.

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

E(Y)= -10⋅0.8931 + 40⋅0.0873 + 490⋅0.018 + 1990⋅0.0015

6.37

Erwartungswerte mit gesuchten Anzahlen im WS-Baum

Beispiel:

Auf einen Schüleraustausch bewerben sich 18 Mädchen und 5 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 816 1771
Mädchen -> Mädchen -> Jungs 255 1771
Mädchen -> Jungs -> Mädchen 255 1771
Mädchen -> Jungs -> Jungs 60 1771
Jungs -> Mädchen -> Mädchen 255 1771
Jungs -> Mädchen -> Jungs 60 1771
Jungs -> Jungs -> Mädchen 60 1771
Jungs -> Jungs -> Jungs 10 1771

Die Wahrscheinlichkeit für 0 mal 'Mädchen' ist: 10 1771

Die Wahrscheinlichkeit für 1 mal 'Mädchen' ist: 60 1771 + 60 1771 + 60 1771 = 180 1771

Die Wahrscheinlichkeit für 2 mal 'Mädchen' ist: 255 1771 + 255 1771 + 255 1771 = 765 1771

Die Wahrscheinlichkeit für 3 mal 'Mädchen' ist: 816 1771

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) 10 1771 180 1771 765 1771 816 1771
xi ⋅ P(X=xi) 0 180 1771 1530 1771 2448 1771

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅ 10 1771 + 1⋅ 180 1771 + 2⋅ 765 1771 + 3⋅ 816 1771

= 0+ 180 1771 + 1530 1771 + 2448 1771
= 0 1771 + 180 1771 + 1530 1771 + 2448 1771
= 4158 1771
= 54 23

2.35