Aufgabenbeispiele von komplexere Erwartungswerte

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Erwartungswerte bei Binomialverteilungen

Beispiel:

Auf einem Jahrmarkt wird Torwandschießen angeboten. Dabei darf man für 18€ Einsatz 6 Schüsse abgeben. Trifft man alle 6, so erhält man 1000€. Bei 5 Treffern bekommt man 200€, 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=0,24 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=0.24.

P0.246 (X3) = P0.246 (X=0) + P0.246 (X=1) + P0.246 (X=2) + P0.246 (X=3) = 0.96743286784 ≈ 0.9674
(TI-Befehl: binomcdf(6,0.24,3))

Trefferzahl: 4

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.24.

P0.246 (X=4) = ( 6 4 ) 0.244 0.762 =0.02874507264≈ 0.0287
(TI-Befehl: binompdf(6,0.24,4))

Trefferzahl: 5

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.24.

P0.246 (X=5) = ( 6 5 ) 0.245 0.761 =0.003630956544≈ 0.0036
(TI-Befehl: binompdf(6,0.24,5))

Trefferzahl: 6

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.24.

P0.246 (X=6) = ( 6 6 ) 0.246 0.760 =0.000191102976≈ 0.0002
(TI-Befehl: binompdf(6,0.24,6))

Erwartungswerte der Zufallsgrößen X und Y

Ereignis 0-3 4 5 6
Zufallsgröße xi 0 30 200 1000
Zufallsgröße yi (Gewinn) -18 12 182 982
P(X=xi) 0.9674 0.0287 0.0036 0.0002
xi ⋅ P(X=xi) 0 0,861 0,72 0,2
yi ⋅ P(Y=yi) -17,4132 0,3444 0,6552 0,1964

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.9674 + 30⋅0.0287 + 200⋅0.0036 + 1000⋅0.0002

1.78

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)=1.78 - 18 = -16.22 ergibt.

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

E(Y)= -18⋅0.9674 + 12⋅0.0287 + 182⋅0.0036 + 982⋅0.0002

-16.22

Erwartungswerte mit gesuchten Anzahlen im WS-Baum

Beispiel:

Auf einen Schüleraustausch bewerben sich 12 Mädchen und 6 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 55 204
Mädchen -> Mädchen -> Jungs 11 68
Mädchen -> Jungs -> Mädchen 11 68
Mädchen -> Jungs -> Jungs 5 68
Jungs -> Mädchen -> Mädchen 11 68
Jungs -> Mädchen -> Jungs 5 68
Jungs -> Jungs -> Mädchen 5 68
Jungs -> Jungs -> Jungs 5 204

Die Wahrscheinlichkeit für 0 mal 'Mädchen' ist: 5 204

Die Wahrscheinlichkeit für 1 mal 'Mädchen' ist: 5 68 + 5 68 + 5 68 = 15 68

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

Die Wahrscheinlichkeit für 3 mal 'Mädchen' ist: 55 204

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) 5 204 15 68 33 68 55 204
xi ⋅ P(X=xi) 0 15 68 33 34 55 68

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅ 5 204 + 1⋅ 15 68 + 2⋅ 33 68 + 3⋅ 55 204

= 0+ 15 68 + 33 34 + 55 68
= 0 68 + 15 68 + 66 68 + 55 68
= 136 68
= 2