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 100€, und bei 4 Treffern 30€. 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=0,28 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=0.28.

P0.286 (X3) = P0.286 (X=0) + P0.286 (X=1) + P0.286 (X=2) + P0.286 (X=3) = 0.94428758016 ≈ 0.9443
(TI-Befehl: binomcdf(6,0.28,3))

Trefferzahl: 4

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.28.

P0.286 (X=4) = ( 6 4 ) 0.284 0.722 =0.04779565056≈ 0.0478
(TI-Befehl: binompdf(6,0.28,4))

Trefferzahl: 5

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.28.

P0.286 (X=5) = ( 6 5 ) 0.285 0.721 =0.007434878976≈ 0.0074
(TI-Befehl: binompdf(6,0.28,5))

Trefferzahl: 6

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.28.

P0.286 (X=6) = ( 6 6 ) 0.286 0.720 =0.000481890304≈ 0.0005
(TI-Befehl: binompdf(6,0.28,6))

Erwartungswerte der Zufallsgrößen X und Y

Ereignis 0-3 4 5 6
Zufallsgröße xi 0 30 100 4000
Zufallsgröße yi (Gewinn) -11 19 89 3989
P(X=xi) 0.9443 0.0478 0.0074 0.0005
xi ⋅ P(X=xi) 0 1,434 0,74 2
yi ⋅ P(Y=yi) -10,3873 0,9082 0,6586 1,9945

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.9443 + 30⋅0.0478 + 100⋅0.0074 + 4000⋅0.0005

4.17

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)=4.17 - 11 = -6.83 ergibt.

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

E(Y)= -11⋅0.9443 + 19⋅0.0478 + 89⋅0.0074 + 3989⋅0.0005

-6.83

Erwartungswerte mit best. Optionen im WS-Baum

Beispiel:

In einem Stapel Karten mit 5 Asse, 5 Könige, 9 Damen und 5 Buben werden 2 Karten gezogen. Dabei zählen 2 Asse 1000, 2 Könige 450, 2 Damen 180 und 2 Buben 90 Punkte. Außerdem gibt es für ein Paar aus Dame und König 15 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 5 138
As -> König 25 552
As -> Dame 15 184
As -> Bube 25 552
König -> As 25 552
König -> König 5 138
König -> Dame 15 184
König -> Bube 25 552
Dame -> As 15 184
Dame -> König 15 184
Dame -> Dame 3 23
Dame -> Bube 15 184
Bube -> As 25 552
Bube -> König 25 552
Bube -> Dame 15 184
Bube -> Bube 5 138

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Asse' ist:

P('As'-'As')
= 5 138

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Könige' ist:

P('König'-'König')
= 5 138

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Damen' ist:

P('Dame'-'Dame')
= 3 23

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Buben' ist:

P('Bube'-'Bube')
= 5 138

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

P('König'-'Dame') + P('Dame'-'König')
= 15 184 + 15 184 = 15 92

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 450 180 90 15
P(X=xi) 5 138 5 138 3 23 5 138 15 92
xi ⋅ P(X=xi) 2500 69 375 23 540 23 75 23 225 92

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 1000⋅ 5 138 + 450⋅ 5 138 + 180⋅ 3 23 + 90⋅ 5 138 + 15⋅ 15 92

= 2500 69 + 375 23 + 540 23 + 75 23 + 225 92
= 10000 276 + 4500 276 + 6480 276 + 900 276 + 675 276
= 22555 276

81.72