Aufgabenbeispiele von komplexere Erwartungswerte

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Erwartungswerte bei Binomialverteilungen

Beispiel:

Auf einem Jahrmarkt wird Torwandschießen angeboten. Dabei darf man für 11€ Einsatz 6 Schüsse abgeben. Trifft man alle 6, so erhält man 4000€. Bei 5 Treffern bekommt man 400€, 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=0,26 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=0.26.

P0.266 (X≤3) = P0.266 (X=0) + P0.266 (X=1) + P0.266 (X=2) + P0.266 (X=3) = 0.95687974464 ≈ 0.9569
(TI-Befehl: binomcdf(6,0.26,3))

Trefferzahl: 4

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.26.

P0.266 (X=4) = ( 6 4 ) ⋅ 0.264 ⋅ 0.742 =0.03753600864≈ 0.0375
(TI-Befehl: binompdf(6,0.26,4))

Trefferzahl: 5

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.26.

P0.266 (X=5) = ( 6 5 ) ⋅ 0.265 ⋅ 0.741 =0.005275330944≈ 0.0053
(TI-Befehl: binompdf(6,0.26,5))

Trefferzahl: 6

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.26.

P0.266 (X=6) = ( 6 6 ) ⋅ 0.266 ⋅ 0.740 =0.000308915776≈ 0.0003
(TI-Befehl: binompdf(6,0.26,6))

Erwartungswerte der Zufallsgrößen X und Y

Ereignis 0-3 4 5 6
Zufallsgröße xi 0 50 400 4000
Zufallsgröße yi (Gewinn) -11 39 389 3989
P(X=xi) 0.9569 0.0375 0.0053 0.0003
xi ⋅ P(X=xi) 0 1,875 2,12 1,2
yi ⋅ P(Y=yi) -10,5259 1,4625 2,0617 1,1967

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.9569 + 50⋅0.0375 + 400⋅0.0053 + 4000⋅0.0003

≈ 5.2

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)=5.2 - 11 = -5.8 ergibt.

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

E(Y)= -11⋅0.9569 + 39⋅0.0375 + 389⋅0.0053 + 3989⋅0.0003

≈ -5.81

Erwartungswerte mit gesuchten Anzahlen im WS-Baum

Beispiel:

Auf einen Schüleraustausch bewerben sich 12 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 11 34
Mädchen -> Mädchen -> Jungs 11 68
Mädchen -> Jungs -> Mädchen 11 68
Mädchen -> Jungs -> Jungs 1 17
Jungs -> Mädchen -> Mädchen 11 68
Jungs -> Mädchen -> Jungs 1 17
Jungs -> Jungs -> Mädchen 1 17
Jungs -> Jungs -> Jungs 1 68

Die Wahrscheinlichkeit für 0 mal 'Mädchen' ist: 1 68

Die Wahrscheinlichkeit für 1 mal 'Mädchen' ist: 1 17 + 1 17 + 1 17 = 3 17

Die Wahrscheinlichkeit für 2 mal 'Mädchen' ist: 11 68 + 11 68 + 11 68 = 33 68

Die Wahrscheinlichkeit für 3 mal 'Mädchen' ist: 11 34

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) 1 68 3 17 33 68 11 34
xi ⋅ P(X=xi) 0 3 17 33 34 33 34

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅ 1 68 + 1⋅ 3 17 + 2⋅ 33 68 + 3⋅ 11 34

= 0+ 3 17 + 33 34 + 33 34
= 0 34 + 6 34 + 33 34 + 33 34
= 72 34
= 36 17

≈ 2.12