Aufgabenbeispiele von komplexere Erwartungswerte

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Erwartungswerte bei Binomialverteilungen

Beispiel:

Auf einem Jahrmarkt hat man für 9€ 5 Versuche, einen Ball in einen Eimer zu werden. Dabei springt der Ball aber mit einer Wahrscheinlichkeit von 85% wieder raus. Bleibt er aber drin, bekommt man einen Euro. Als Riskovariante kann man das Spiel auch so spielen, dass man bei einem Treffer nichts bekommt, bei zwei jedoch gleich 4€, bei drei Treffern sogar 9€, bei 4 Treffern 16 € und bei 5 Treffern volle 25€. Berechne den Erwartungswert des Gewinns der Risikovariante um diesen mit dem des normalen Spiels zu vergleichen.
(Das Ergebnis bitte auf 2 Stellen runden!)

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Zuerst müssen wir die Wahrscheinlichkeiten für die einzelnen 'Trefferzahlen' bestimmen:

Trefferzahl: 0-1

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=5 und p=0.15.

P0.155 (X≤1) = P0.155 (X=0) + P0.155 (X=1) = 0.83521 ≈ 0.8352
(TI-Befehl: binomcdf(5,0.15,1))

Trefferzahl: 2

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=5 und p=0.15.

P0.155 (X=2) = ( 5 2 ) ⋅ 0.152 ⋅ 0.853 =0.138178125≈ 0.1382
(TI-Befehl: binompdf(5,0.15,2))

Trefferzahl: 3

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=5 und p=0.15.

P0.155 (X=3) = ( 5 3 ) ⋅ 0.153 ⋅ 0.852 =0.024384375≈ 0.0244
(TI-Befehl: binompdf(5,0.15,3))

Trefferzahl: 4

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=5 und p=0.15.

P0.155 (X=4) = ( 5 4 ) ⋅ 0.154 ⋅ 0.851 =0.0021515625≈ 0.0022
(TI-Befehl: binompdf(5,0.15,4))

Trefferzahl: 5

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=5 und p=0.15.

P0.155 (X=5) = ( 5 5 ) ⋅ 0.155 ⋅ 0.850 =7.59375E-5≈ 0.0001
(TI-Befehl: binompdf(5,0.15,5))

Erwartungswerte der Zufallsgrößen X und Y

Ereignis 0-1 2 3 4 5
Zufallsgröße xi 0 4 9 16 25
Zufallsgröße yi (Gewinn) -9 -5 0 7 16
P(X=xi) 0.8352 0.1382 0.0244 0.0022 0.0001
xi ⋅ P(X=xi) 0 0,5528 0,2196 0,0352 0,0025
yi ⋅ P(Y=yi) -7,5168 -0,691 0 0,0154 0,0016

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.8352 + 4⋅0.1382 + 9⋅0.0244 + 16⋅0.0022 + 25⋅0.0001

≈ 0.81

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)=0.81 - 9 = -8.19 ergibt.

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

E(Y)= -9⋅0.8352 + -5⋅0.1382 + 0⋅0.0244 + 7⋅0.0022 + 16⋅0.0001

≈ -8.19

Erwartungswerte mit best. Optionen im WS-Baum

Beispiel:

In einem Stapel Karten mit 3 Asse, 9 Könige, 7 Damen und 5 Buben werden 2 Karten gezogen. Dabei zählen 2 Asse 1000, 2 Könige 350, 2 Damen 200 und 2 Buben 70 Punkte. Außerdem gibt es für ein Paar aus Dame und König 35 Punkte. Wie viele Punkte kann man bei diesem Spiel erwarten?
(Denk daran, den Bruch vollständig zu kürzen!)

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Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Ausgänge

EreignisP
As -> As 1 92
As -> König 9 184
As -> Dame 7 184
As -> Bube 5 184
König -> As 9 184
König -> König 3 23
König -> Dame 21 184
König -> Bube 15 184
Dame -> As 7 184
Dame -> König 21 184
Dame -> Dame 7 92
Dame -> Bube 35 552
Bube -> As 5 184
Bube -> König 15 184
Bube -> Dame 35 552
Bube -> Bube 5 138

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Asse' ist:

P('As'-'As')
= 1 92

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Könige' ist:

P('König'-'König')
= 3 23

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Damen' ist:

P('Dame'-'Dame')
= 7 92

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Buben' ist:

P('Bube'-'Bube')
= 5 138

Die Wahrscheinlichkeit für 'Paar (D&K)' ist:

P('König'-'Dame') + P('Dame'-'König')
= 21 184 + 21 184 = 21 92

Die Zufallsgröße X beschreibt die gewonnenen Punkte.

Erwartungswert der Zufallsgröße X

Ereignis 2 Asse 2 Könige 2 Damen 2 Buben Paar (D&K)
Zufallsgröße xi 1000 350 200 70 35
P(X=xi) 1 92 3 23 7 92 5 138 21 92
xi ⋅ P(X=xi) 250 23 1050 23 350 23 175 69 735 92

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 1000⋅ 1 92 + 350⋅ 3 23 + 200⋅ 7 92 + 70⋅ 5 138 + 35⋅ 21 92

= 250 23 + 1050 23 + 350 23 + 175 69 + 735 92
= 3000 276 + 12600 276 + 4200 276 + 700 276 + 2205 276
= 22705 276

≈ 82.26