Aufgabenbeispiele von komplexere Erwartungswerte

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Erwartungswerte bei Binomialverteilungen

Beispiel:

Auf einem Jahrmarkt wird Torwandschießen angeboten. Dabei darf man für 14€ Einsatz 6 Schüsse abgeben. Trifft man alle 6, so erhält man 3000€. Bei 5 Treffern bekommt man 100€, 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=0,35 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 10 100 3000
Zufallsgröße yi (Gewinn) -14 -4 86 2986
P(X=xi) 0.8826 0.0951 0.0205 0.0018
xi ⋅ P(X=xi) 0 0,951 2,05 5,4
yi ⋅ P(Y=yi) -12,3564 -0,3804 1,763 5,3748

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.8826 + 10⋅0.0951 + 100⋅0.0205 + 3000⋅0.0018

8.4

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)=8.4 - 14 = -5.6 ergibt.

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

E(Y)= -14⋅0.8826 + -4⋅0.0951 + 86⋅0.0205 + 2986⋅0.0018

-5.6

Erwartungswerte mit gesuchten Anzahlen im WS-Baum

Beispiel:

Auf einen Schüleraustausch bewerben sich 15 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 91 228
Mädchen -> Mädchen -> Jungs 35 228
Mädchen -> Jungs -> Mädchen 35 228
Mädchen -> Jungs -> Jungs 5 114
Jungs -> Mädchen -> Mädchen 35 228
Jungs -> Mädchen -> Jungs 5 114
Jungs -> Jungs -> Mädchen 5 114
Jungs -> Jungs -> Jungs 1 114

Die Wahrscheinlichkeit für 0 mal 'Mädchen' ist: 1 114

Die Wahrscheinlichkeit für 1 mal 'Mädchen' ist: 5 114 + 5 114 + 5 114 = 5 38

Die Wahrscheinlichkeit für 2 mal 'Mädchen' ist: 35 228 + 35 228 + 35 228 = 35 76

Die Wahrscheinlichkeit für 3 mal 'Mädchen' ist: 91 228

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) 1 114 5 38 35 76 91 228
xi ⋅ P(X=xi) 0 5 38 35 38 91 76

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅ 1 114 + 1⋅ 5 38 + 2⋅ 35 76 + 3⋅ 91 228

= 0+ 5 38 + 35 38 + 91 76
= 0 76 + 10 76 + 70 76 + 91 76
= 171 76
= 9 4

2.25