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 wird Torwandschießen angeboten. Dabei darf man für 12€ Einsatz 6 Schüsse abgeben. Trifft man alle 6, so erhält man 2000€. Bei 5 Treffern bekommt man 500€, und bei 4 Treffern 20€. 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=0,21 ausgehen kann?
(Das Ergebnis bitte auf 2 Stellen runden!)

Lösung einblenden

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=0.21.

P0.216 (X3) = P0.216 (X=0) + P0.216 (X=1) + P0.216 (X=2) + P0.216 (X=3) = 0.97977203119 ≈ 0.9798
(TI-Befehl: binomcdf(6,0.21,3))

Trefferzahl: 4

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.21.

P0.216 (X=4) = ( 6 4 ) 0.214 0.792 =0.018206338815≈ 0.0182
(TI-Befehl: binompdf(6,0.21,4))

Trefferzahl: 5

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.21.

P0.216 (X=5) = ( 6 5 ) 0.215 0.791 =0.001935863874≈ 0.0019
(TI-Befehl: binompdf(6,0.21,5))

Trefferzahl: 6

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.21.

P0.216 (X=6) = ( 6 6 ) 0.216 0.790 =8.5766121E-5≈ 0.0001
(TI-Befehl: binompdf(6,0.21,6))

Erwartungswerte der Zufallsgrößen X und Y

Ereignis 0-3 4 5 6
Zufallsgröße xi 0 20 500 2000
Zufallsgröße yi (Gewinn) -12 8 488 1988
P(X=xi) 0.9798 0.0182 0.0019 0.0001
xi ⋅ P(X=xi) 0 0,364 0,95 0,2
yi ⋅ P(Y=yi) -11,7576 0,1456 0,9272 0,1988

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.9798 + 20⋅0.0182 + 500⋅0.0019 + 2000⋅0.0001

1.51

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)=1.51 - 12 = -10.49 ergibt.

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

E(Y)= -12⋅0.9798 + 8⋅0.0182 + 488⋅0.0019 + 1988⋅0.0001

-10.49

Erwartungswerte mit gesuchten Anzahlen im WS-Baum

Beispiel:

Auf einen Schüleraustausch bewerben sich 15 Mädchen und 11 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 7 40
Mädchen -> Mädchen -> Jungs 77 520
Mädchen -> Jungs -> Mädchen 77 520
Mädchen -> Jungs -> Jungs 11 104
Jungs -> Mädchen -> Mädchen 77 520
Jungs -> Mädchen -> Jungs 11 104
Jungs -> Jungs -> Mädchen 11 104
Jungs -> Jungs -> Jungs 33 520

Die Wahrscheinlichkeit für 0 mal 'Mädchen' ist: 33 520

Die Wahrscheinlichkeit für 1 mal 'Mädchen' ist: 11 104 + 11 104 + 11 104 = 33 104

Die Wahrscheinlichkeit für 2 mal 'Mädchen' ist: 77 520 + 77 520 + 77 520 = 231 520

Die Wahrscheinlichkeit für 3 mal 'Mädchen' ist: 7 40

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) 33 520 33 104 231 520 7 40
xi ⋅ P(X=xi) 0 33 104 231 260 21 40

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅ 33 520 + 1⋅ 33 104 + 2⋅ 231 520 + 3⋅ 7 40

= 0+ 33 104 + 231 260 + 21 40
= 0 520 + 165 520 + 462 520 + 273 520
= 900 520
= 45 26

1.73