Aufgabenbeispiele von komplexere Erwartungswerte

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Erwartungswerte bei Binomialverteilungen

Beispiel:

Auf einem Jahrmarkt wird Torwandschießen angeboten. Dabei darf man für 7€ Einsatz 6 Schüsse abgeben. Trifft man alle 6, so erhält man 5000€. Bei 5 Treffern bekommt man 400€, 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=0,23 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=0.23.

P0.236 (X≤3) = P0.236 (X=0) + P0.236 (X=1) + P0.236 (X=2) + P0.236 (X=3) = 0.97199071431 ≈ 0.972
(TI-Befehl: binomcdf(6,0.23,3))

Trefferzahl: 4

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.23.

P0.236 (X=4) = ( 6 4 ) ⋅ 0.234 ⋅ 0.772 =0.024887659335≈ 0.0249
(TI-Befehl: binompdf(6,0.23,4))

Trefferzahl: 5

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.23.

P0.236 (X=5) = ( 6 5 ) ⋅ 0.235 ⋅ 0.771 =0.002973590466≈ 0.003
(TI-Befehl: binompdf(6,0.23,5))

Trefferzahl: 6

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.23.

P0.236 (X=6) = ( 6 6 ) ⋅ 0.236 ⋅ 0.770 =0.000148035889≈ 0.0001
(TI-Befehl: binompdf(6,0.23,6))

Erwartungswerte der Zufallsgrößen X und Y

Ereignis 0-3 4 5 6
Zufallsgröße xi 0 10 400 5000
Zufallsgröße yi (Gewinn) -7 3 393 4993
P(X=xi) 0.972 0.0249 0.003 0.0001
xi ⋅ P(X=xi) 0 0,249 1,2 0,5
yi ⋅ P(Y=yi) -6,804 0,0747 1,179 0,4993

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.972 + 10⋅0.0249 + 400⋅0.003 + 5000⋅0.0001

≈ 1.95

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)=1.95 - 7 = -5.05 ergibt.

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

E(Y)= -7⋅0.972 + 3⋅0.0249 + 393⋅0.003 + 4993⋅0.0001

≈ -5.05

Erwartungswerte mit gesuchten Anzahlen im WS-Baum

Beispiel:

Auf einen Schüleraustausch bewerben sich 18 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!)

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Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Ausgänge

EreignisP
Mädchen -> Mädchen -> Mädchen 68 273
Mädchen -> Mädchen -> Jungs 85 546
Mädchen -> Jungs -> Mädchen 85 546
Mädchen -> Jungs -> Jungs 15 182
Jungs -> Mädchen -> Mädchen 85 546
Jungs -> Mädchen -> Jungs 15 182
Jungs -> Jungs -> Mädchen 15 182
Jungs -> Jungs -> Jungs 10 273

Die Wahrscheinlichkeit für 0 mal 'Mädchen' ist: 10 273

Die Wahrscheinlichkeit für 1 mal 'Mädchen' ist: 15 182 + 15 182 + 15 182 = 45 182

Die Wahrscheinlichkeit für 2 mal 'Mädchen' ist: 85 546 + 85 546 + 85 546 = 85 182

Die Wahrscheinlichkeit für 3 mal 'Mädchen' ist: 68 273

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) 10 273 45 182 85 182 68 273
xi ⋅ P(X=xi) 0 45 182 85 91 68 91

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅ 10 273 + 1⋅ 45 182 + 2⋅ 85 182 + 3⋅ 68 273

= 0+ 45 182 + 85 91 + 68 91
= 0 182 + 45 182 + 170 182 + 136 182
= 351 182
= 27 14

≈ 1.93