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Aufgabenbeispiele von komplexere Erwartungswerte

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Erwartungswerte bei Binomialverteilungen

Beispiel:

Auf einem Jahrmarkt wird Torwandschießen angeboten. Dabei darf man für 15€ Einsatz 6 Schüsse abgeben. Trifft man alle 6, so erhält man 4000€. Bei 5 Treffern bekommt man 200€, und bei 4 Treffern 10€. 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=0,32 ausgehen kann?
(Das Ergebnis bitte auf 2 Stellen runden!)

Lösung einblenden

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=0.32.

P_{0.32}^{6} (X \leq 3)

P_{0.32}^{6} (X = 0)

P_{0.32}^{6} (X = 1)

P_{0.32}^{6} (X = 2)

P_{0.32}^{6} (X = 3)

= 0.91250681856 ≈ 0.9125
(TI-Befehl: binomcdf(6,0.32,3))

Trefferzahl: 4

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.32.

P_{0.32}^{6} (X = 4)

(\begin{matrix} 6 \\ 4 \end{matrix}) \cdot {0.32}^{4} \cdot {0.68}^{2}

=0.07272923136≈ 0.0727
(TI-Befehl: binompdf(6,0.32,4))

Trefferzahl: 5

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.32.

P_{0.32}^{6} (X = 5)

(\begin{matrix} 6 \\ 5 \end{matrix}) \cdot {0.32}^{5} \cdot {0.68}^{1}

=0.013690208256≈ 0.0137
(TI-Befehl: binompdf(6,0.32,5))

Trefferzahl: 6

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.32.

P_{0.32}^{6} (X = 6)

(\begin{matrix} 6 \\ 6 \end{matrix}) \cdot {0.32}^{6} \cdot {0.68}^{0}

=0.001073741824≈ 0.0011
(TI-Befehl: binompdf(6,0.32,6))

Erwartungswerte der Zufallsgrößen X und Y

Ereignis	0-3	4	5	6
Zufallsgröße x_i	0	10	200	4000
Zufallsgröße y_i (Gewinn)	-15	-5	185	3985
P(X=x_i)	0.9125	0.0727	0.0137	0.0011
x_i ⋅ P(X=x_i)	$0$	$0,727$	$2,74$	$4,4$
y_i ⋅ P(Y=y_i)	$- 13,6875$	$- 0,3635$	$2,5345$	$4,3835$

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.9125 + 10⋅0.0727 + 200⋅0.0137 + 4000⋅0.0011

≈ 7.87

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)=7.87 - 15 = -7.13 ergibt.

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

E(Y)= -15⋅0.9125 + -5⋅0.0727 + 185⋅0.0137 + 3985⋅0.0011

≈ -7.13

Erwartungswerte mit best. Optionen im WS-Baum

Beispiel:

In einem Stapel Karten mit 4 Asse, 9 Könige, 8 Damen und 3 Buben werden 2 Karten gezogen. Dabei zählen 2 Asse 1000, 2 Könige 350, 2 Damen 200 und 2 Buben 80 Punkte. Außerdem gibt es für ein Paar aus Dame und König 40 Punkte. Wie viele Punkte kann man bei diesem Spiel erwarten?
(Denk daran, den Bruch vollständig zu kürzen!)

Lösung einblenden

Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Ausgänge

Ereignis	P
As -> As	$\frac{1}{46}$
As -> König	$\frac{3}{46}$
As -> Dame	$\frac{4}{69}$
As -> Bube	$\frac{1}{46}$
König -> As	$\frac{3}{46}$
König -> König	$\frac{3}{23}$
König -> Dame	$\frac{3}{23}$
König -> Bube	$\frac{9}{184}$
Dame -> As	$\frac{4}{69}$
Dame -> König	$\frac{3}{23}$
Dame -> Dame	$\frac{7}{69}$
Dame -> Bube	$\frac{1}{23}$
Bube -> As	$\frac{1}{46}$
Bube -> König	$\frac{9}{184}$
Bube -> Dame	$\frac{1}{23}$
Bube -> Bube	$\frac{1}{92}$

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Asse' ist:

P('As'-'As')
= $\frac{1}{46}$

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Könige' ist:

P('König'-'König')
= $\frac{3}{23}$

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Damen' ist:

P('Dame'-'Dame')
= $\frac{7}{69}$

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Buben' ist:

P('Bube'-'Bube')
= $\frac{1}{92}$

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

P('König'-'Dame') + P('Dame'-'König')
= $\frac{3}{23}$ + $\frac{3}{23}$ = $\frac{6}{23}$

Die Zufallsgröße X beschreibt die gewonnenen Punkte.

Erwartungswert der Zufallsgröße X

Ereignis	2 Asse	2 Könige	2 Damen	2 Buben	Paar (D&K)
Zufallsgröße x_i	1000	350	200	80	40
P(X=x_i)	$\frac{1}{46}$	$\frac{3}{23}$	$\frac{7}{69}$	$\frac{1}{92}$	$\frac{6}{23}$
x_i ⋅ P(X=x_i)	$\frac{500}{23}$	$\frac{1050}{23}$	$\frac{1400}{69}$	$\frac{20}{23}$	$\frac{240}{23}$

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 1000⋅ $\frac{1}{46}$ + 350⋅ $\frac{3}{23}$ + 200⋅ $\frac{7}{69}$ + 80⋅ $\frac{1}{92}$ + 40⋅ $\frac{6}{23}$

= $\frac{500}{23}$ $+$ $\frac{1050}{23}$ $+$ $\frac{1400}{69}$ $+$ $\frac{20}{23}$ $+$ $\frac{240}{23}$
= $\frac{1500}{69}$ $+$ $\frac{3150}{69}$ $+$ $\frac{1400}{69}$ $+$ $\frac{60}{69}$ $+$ $\frac{720}{69}$
= $\frac{6830}{69}$

≈ 98.99