Aufgabenbeispiele von komplexere Erwartungswerte

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Erwartungswerte bei Binomialverteilungen

Beispiel:

Auf einem Jahrmarkt hat man für 6€ 5 Versuche, einen Ball in einen Eimer zu werden. Dabei springt der Ball aber mit einer Wahrscheinlichkeit von 74% wieder raus. Bleibt er aber drin, bekommt man einen Euro. Als Riskovariante kann man das Spiel auch so spielen, dass man bei einem Treffer nichts bekommt, bei zwei jedoch gleich 4€, bei drei Treffern sogar 9€, bei 4 Treffern 16 € und bei 5 Treffern volle 25€. Berechne den Erwartungswert des Gewinns der Risikovariante um diesen mit dem des normalen Spiels zu vergleichen.
(Das Ergebnis bitte auf 2 Stellen runden!)

Lösung einblenden

Zuerst müssen wir die Wahrscheinlichkeiten für die einzelnen 'Trefferzahlen' bestimmen:

Trefferzahl: 0-1

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=5 und p=0.26.

P0.265 (X≤1) = P0.265 (X=0) + P0.265 (X=1) = 0.6117261504 ≈ 0.6117
(TI-Befehl: binomcdf(5,0.26,1))

Trefferzahl: 2

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=5 und p=0.26.

P0.265 (X=2) = ( 5 2 ) ⋅ 0.262 ⋅ 0.743 =0.273931424≈ 0.2739
(TI-Befehl: binompdf(5,0.26,2))

Trefferzahl: 3

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=5 und p=0.26.

P0.265 (X=3) = ( 5 3 ) ⋅ 0.263 ⋅ 0.742 =0.096246176≈ 0.0962
(TI-Befehl: binompdf(5,0.26,3))

Trefferzahl: 4

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=5 und p=0.26.

P0.265 (X=4) = ( 5 4 ) ⋅ 0.264 ⋅ 0.741 =0.016908112≈ 0.0169
(TI-Befehl: binompdf(5,0.26,4))

Trefferzahl: 5

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=5 und p=0.26.

P0.265 (X=5) = ( 5 5 ) ⋅ 0.265 ⋅ 0.740 =0.0011881376≈ 0.0012
(TI-Befehl: binompdf(5,0.26,5))

Erwartungswerte der Zufallsgrößen X und Y

Ereignis 0-1 2 3 4 5
Zufallsgröße xi 0 4 9 16 25
Zufallsgröße yi (Gewinn) -6 -2 3 10 19
P(X=xi) 0.6117 0.2739 0.0962 0.0169 0.0012
xi ⋅ P(X=xi) 0 1,0956 0,8658 0,2704 0,03
yi ⋅ P(Y=yi) -3,6702 -0,5478 0,2886 0,169 0,0228

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.6117 + 4⋅0.2739 + 9⋅0.0962 + 16⋅0.0169 + 25⋅0.0012

≈ 2.26

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)=2.26 - 6 = -3.74 ergibt.

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

E(Y)= -6⋅0.6117 + -2⋅0.2739 + 3⋅0.0962 + 10⋅0.0169 + 19⋅0.0012

≈ -3.74

Erwartungswerte mit gesuchten Anzahlen im WS-Baum

Beispiel:

Auf einen Schüleraustausch bewerben sich 21 Mädchen und 10 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!)

Lösung einblenden
Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das SchaubBild nicht sehen :(

Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Ausgänge

EreignisP
Mädchen -> Mädchen -> Mädchen 266 899
Mädchen -> Mädchen -> Jungs 140 899
Mädchen -> Jungs -> Mädchen 140 899
Mädchen -> Jungs -> Jungs 63 899
Jungs -> Mädchen -> Mädchen 140 899
Jungs -> Mädchen -> Jungs 63 899
Jungs -> Jungs -> Mädchen 63 899
Jungs -> Jungs -> Jungs 24 899

Die Wahrscheinlichkeit für 0 mal 'Mädchen' ist: 24 899

Die Wahrscheinlichkeit für 1 mal 'Mädchen' ist: 63 899 + 63 899 + 63 899 = 189 899

Die Wahrscheinlichkeit für 2 mal 'Mädchen' ist: 140 899 + 140 899 + 140 899 = 420 899

Die Wahrscheinlichkeit für 3 mal 'Mädchen' ist: 266 899

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) 24 899 189 899 420 899 266 899
xi ⋅ P(X=xi) 0 189 899 840 899 798 899

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅ 24 899 + 1⋅ 189 899 + 2⋅ 420 899 + 3⋅ 266 899

= 0+ 189 899 + 840 899 + 798 899
= 0 899 + 189 899 + 840 899 + 798 899
= 1827 899
= 63 31

≈ 2.03