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 40€. 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=0,35 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=0.35.

P0.356 (X3) = P0.356 (X=0) + P0.356 (X=1) + P0.356 (X=2) + P0.356 (X=3) = 0.88257609375 ≈ 0.8826
(TI-Befehl: binomcdf(6,0.35,3))

Trefferzahl: 4

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.35.

P0.356 (X=4) = ( 6 4 ) 0.354 0.652 =0.095102109375≈ 0.0951
(TI-Befehl: binompdf(6,0.35,4))

Trefferzahl: 5

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.35.

P0.356 (X=5) = ( 6 5 ) 0.355 0.651 =0.02048353125≈ 0.0205
(TI-Befehl: binompdf(6,0.35,5))

Trefferzahl: 6

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.35.

P0.356 (X=6) = ( 6 6 ) 0.356 0.650 =0.001838265625≈ 0.0018
(TI-Befehl: binompdf(6,0.35,6))

Erwartungswerte der Zufallsgrößen X und Y

Ereignis 0-3 4 5 6
Zufallsgröße xi 0 40 500 2000
Zufallsgröße yi (Gewinn) -10 30 490 1990
P(X=xi) 0.8826 0.0951 0.0205 0.0018
xi ⋅ P(X=xi) 0 3,804 10,25 3,6
yi ⋅ P(Y=yi) -8,826 2,853 10,045 3,582

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.8826 + 40⋅0.0951 + 500⋅0.0205 + 2000⋅0.0018

17.65

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)=17.65 - 10 = 7.65 ergibt.

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

E(Y)= -10⋅0.8826 + 30⋅0.0951 + 490⋅0.0205 + 1990⋅0.0018

7.65

Erwartungswerte mit best. Optionen im WS-Baum

Beispiel:

In einem Stapel Karten mit 7 Asse, 8 Könige, 10 Damen und 5 Buben werden 2 Karten gezogen. Dabei zählen 2 Asse 1000, 2 Könige 400, 2 Damen 160 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!)

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Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Ausgänge

EreignisP
As -> As 7 145
As -> König 28 435
As -> Dame 7 87
As -> Bube 7 174
König -> As 28 435
König -> König 28 435
König -> Dame 8 87
König -> Bube 4 87
Dame -> As 7 87
Dame -> König 8 87
Dame -> Dame 3 29
Dame -> Bube 5 87
Bube -> As 7 174
Bube -> König 4 87
Bube -> Dame 5 87
Bube -> Bube 2 87

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Asse' ist:

P('As'-'As')
= 7 145

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Könige' ist:

P('König'-'König')
= 28 435

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Damen' ist:

P('Dame'-'Dame')
= 3 29

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Buben' ist:

P('Bube'-'Bube')
= 2 87

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

P('König'-'Dame') + P('Dame'-'König')
= 8 87 + 8 87 = 16 87

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 400 160 80 40
P(X=xi) 7 145 28 435 3 29 2 87 16 87
xi ⋅ P(X=xi) 1400 29 2240 87 480 29 160 87 640 87

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 1000⋅ 7 145 + 400⋅ 28 435 + 160⋅ 3 29 + 80⋅ 2 87 + 40⋅ 16 87

= 1400 29 + 2240 87 + 480 29 + 160 87 + 640 87
= 4200 87 + 2240 87 + 1440 87 + 160 87 + 640 87
= 8680 87

99.77