Aufgabenbeispiele von komplexere Erwartungswerte

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Erwartungswerte bei Binomialverteilungen

Beispiel:

Auf einem Jahrmarkt wird Torwandschießen angeboten. Dabei darf man für 5€ Einsatz 6 Schüsse abgeben. Trifft man alle 6, so erhält man 5000€. Bei 5 Treffern bekommt man 300€, 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 50 300 5000
Zufallsgröße yi (Gewinn) -5 45 295 4995
P(X=xi) 0.8931 0.0873 0.018 0.0015
xi ⋅ P(X=xi) 0 4,365 5,4 7,5
yi ⋅ P(Y=yi) -4,4655 3,9285 5,31 7,4925

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.8931 + 50⋅0.0873 + 300⋅0.018 + 5000⋅0.0015

17.27

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)=17.27 - 5 = 12.27 ergibt.

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

E(Y)= -5⋅0.8931 + 45⋅0.0873 + 295⋅0.018 + 4995⋅0.0015

12.27

Erwartungswerte mit best. Optionen im WS-Baum

Beispiel:

In einem Stapel Karten mit 4 Asse, 4 Könige, 5 Damen und 7 Buben werden 2 Karten gezogen. Dabei zählen 2 Asse 1000, 2 Könige 250, 2 Damen 220 und 2 Buben 60 Punkte. Außerdem gibt es für ein Paar aus Dame und König 30 Punkte. Wie viele Punkte kann man bei diesem Spiel erwarten?
(Denk daran, den Bruch vollständig zu kürzen!)

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Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Ausgänge

EreignisP
As -> As 3 95
As -> König 4 95
As -> Dame 1 19
As -> Bube 7 95
König -> As 4 95
König -> König 3 95
König -> Dame 1 19
König -> Bube 7 95
Dame -> As 1 19
Dame -> König 1 19
Dame -> Dame 1 19
Dame -> Bube 7 76
Bube -> As 7 95
Bube -> König 7 95
Bube -> Dame 7 76
Bube -> Bube 21 190

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Asse' ist:

P('As'-'As')
= 3 95

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Könige' ist:

P('König'-'König')
= 3 95

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Damen' ist:

P('Dame'-'Dame')
= 1 19

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Buben' ist:

P('Bube'-'Bube')
= 21 190

Die Wahrscheinlichkeit für 'Paar (D&K)' ist:

P('König'-'Dame') + P('Dame'-'König')
= 1 19 + 1 19 = 2 19

Die Zufallsgröße X beschreibt die gewonnenen Punkte.

Erwartungswert der Zufallsgröße X

Ereignis 2 Asse 2 Könige 2 Damen 2 Buben Paar (D&K)
Zufallsgröße xi 1000 250 220 60 30
P(X=xi) 3 95 3 95 1 19 21 190 2 19
xi ⋅ P(X=xi) 600 19 150 19 220 19 126 19 60 19

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 1000⋅ 3 95 + 250⋅ 3 95 + 220⋅ 1 19 + 60⋅ 21 190 + 30⋅ 2 19

= 600 19 + 150 19 + 220 19 + 126 19 + 60 19
= 1156 19

60.84