Aufgabenbeispiele von komplexere Erwartungswerte

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Erwartungswerte bei Binomialverteilungen

Beispiel:

Auf einem Jahrmarkt wird Torwandschießen angeboten. Dabei darf man für 5€ Einsatz 6 Schüsse abgeben. Trifft man alle 6, so erhält man 2000€. Bei 5 Treffern bekommt man 300€, 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=0,21 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=0.21.

P0.216 (X≤3) = 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 30 300 2000
Zufallsgröße yi (Gewinn) -5 25 295 1995
P(X=xi) 0.9798 0.0182 0.0019 0.0001
xi ⋅ P(X=xi) 0 0,546 0,57 0,2
yi ⋅ P(Y=yi) -4,899 0,455 0,5605 0,1995

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.9798 + 30⋅0.0182 + 300⋅0.0019 + 2000⋅0.0001

≈ 1.32

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)=1.32 - 5 = -3.68 ergibt.

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

E(Y)= -5⋅0.9798 + 25⋅0.0182 + 295⋅0.0019 + 1995⋅0.0001

≈ -3.68

Erwartungswerte mit gesuchten Anzahlen im WS-Baum

Beispiel:

Auf einen Schüleraustausch bewerben sich 12 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 1 7
Mädchen -> Mädchen -> Jungs 1 7
Mädchen -> Jungs -> Mädchen 1 7
Mädchen -> Jungs -> Jungs 9 77
Jungs -> Mädchen -> Mädchen 1 7
Jungs -> Mädchen -> Jungs 9 77
Jungs -> Jungs -> Mädchen 9 77
Jungs -> Jungs -> Jungs 6 77

Die Wahrscheinlichkeit für 0 mal 'Mädchen' ist: 6 77

Die Wahrscheinlichkeit für 1 mal 'Mädchen' ist: 9 77 + 9 77 + 9 77 = 27 77

Die Wahrscheinlichkeit für 2 mal 'Mädchen' ist: 1 7 + 1 7 + 1 7 = 3 7

Die Wahrscheinlichkeit für 3 mal 'Mädchen' ist: 1 7

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) 6 77 27 77 3 7 1 7
xi ⋅ P(X=xi) 0 27 77 6 7 3 7

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅ 6 77 + 1⋅ 27 77 + 2⋅ 3 7 + 3⋅ 1 7

= 0+ 27 77 + 6 7 + 3 7
= 0 77 + 27 77 + 66 77 + 33 77
= 126 77
= 18 11

≈ 1.64