Aufgabenbeispiele von komplexere Erwartungswerte

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Erwartungswerte bei Binomialverteilungen

Beispiel:

Auf einem Jahrmarkt wird Torwandschießen angeboten. Dabei darf man für 9€ Einsatz 6 Schüsse abgeben. Trifft man alle 6, so erhält man 3000€. Bei 5 Treffern bekommt man 400€, 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=0,27 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=0.27.

P0.276 (X3) = P0.276 (X=0) + P0.276 (X=1) + P0.276 (X=2) + P0.276 (X=3) = 0.95084702191 ≈ 0.9508
(TI-Befehl: binomcdf(6,0.27,3))

Trefferzahl: 4

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.27.

P0.276 (X=4) = ( 6 4 ) 0.274 0.732 =0.042480736335≈ 0.0425
(TI-Befehl: binompdf(6,0.27,4))

Trefferzahl: 5

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.27.

P0.276 (X=5) = ( 6 5 ) 0.275 0.731 =0.006284821266≈ 0.0063
(TI-Befehl: binompdf(6,0.27,5))

Trefferzahl: 6

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.27.

P0.276 (X=6) = ( 6 6 ) 0.276 0.730 =0.000387420489≈ 0.0004
(TI-Befehl: binompdf(6,0.27,6))

Erwartungswerte der Zufallsgrößen X und Y

Ereignis 0-3 4 5 6
Zufallsgröße xi 0 30 400 3000
Zufallsgröße yi (Gewinn) -9 21 391 2991
P(X=xi) 0.9508 0.0425 0.0063 0.0004
xi ⋅ P(X=xi) 0 1,275 2,52 1,2
yi ⋅ P(Y=yi) -8,5572 0,8925 2,4633 1,1964

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.9508 + 30⋅0.0425 + 400⋅0.0063 + 3000⋅0.0004

5

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)=5 - 9 = -4 ergibt.

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

E(Y)= -9⋅0.9508 + 21⋅0.0425 + 391⋅0.0063 + 2991⋅0.0004

-4.01

Erwartungswerte mit gesuchten Anzahlen im WS-Baum

Beispiel:

Auf einen Schüleraustausch bewerben sich 21 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!)

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Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Ausgänge

EreignisP
Mädchen -> Mädchen -> Mädchen 133 496
Mädchen -> Mädchen -> Jungs 77 496
Mädchen -> Jungs -> Mädchen 77 496
Mädchen -> Jungs -> Jungs 77 992
Jungs -> Mädchen -> Mädchen 77 496
Jungs -> Mädchen -> Jungs 77 992
Jungs -> Jungs -> Mädchen 77 992
Jungs -> Jungs -> Jungs 33 992

Die Wahrscheinlichkeit für 0 mal 'Mädchen' ist: 33 992

Die Wahrscheinlichkeit für 1 mal 'Mädchen' ist: 77 992 + 77 992 + 77 992 = 231 992

Die Wahrscheinlichkeit für 2 mal 'Mädchen' ist: 77 496 + 77 496 + 77 496 = 231 496

Die Wahrscheinlichkeit für 3 mal 'Mädchen' ist: 133 496

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) 33 992 231 992 231 496 133 496
xi ⋅ P(X=xi) 0 231 992 231 248 399 496

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅ 33 992 + 1⋅ 231 992 + 2⋅ 231 496 + 3⋅ 133 496

= 0+ 231 992 + 231 248 + 399 496
= 0 992 + 231 992 + 924 992 + 798 992
= 1953 992
= 63 32

1.97