Aufgabenbeispiele von komplexere Erwartungswerte

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Erwartungswerte bei Binomialverteilungen

Beispiel:

Auf einem Jahrmarkt hat man für 10€ 5 Versuche, einen Ball in einen Eimer zu werden. Dabei springt der Ball aber mit einer Wahrscheinlichkeit von 72% 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=0.28.

P0.285 (X1) = P0.285 (X=0) + P0.285 (X=1) = 0.5697257472 ≈ 0.5697
(TI-Befehl: binomcdf(5,0.28,1))

Trefferzahl: 2

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=5 und p=0.28.

P0.285 (X=2) = ( 5 2 ) 0.282 0.723 =0.292626432≈ 0.2926
(TI-Befehl: binompdf(5,0.28,2))

Trefferzahl: 3

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=5 und p=0.28.

P0.285 (X=3) = ( 5 3 ) 0.283 0.722 =0.113799168≈ 0.1138
(TI-Befehl: binompdf(5,0.28,3))

Trefferzahl: 4

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=5 und p=0.28.

P0.285 (X=4) = ( 5 4 ) 0.284 0.721 =0.022127616≈ 0.0221
(TI-Befehl: binompdf(5,0.28,4))

Trefferzahl: 5

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=5 und p=0.28.

P0.285 (X=5) = ( 5 5 ) 0.285 0.720 =0.0017210368≈ 0.0017
(TI-Befehl: binompdf(5,0.28,5))

Erwartungswerte der Zufallsgrößen X und Y

Ereignis 0-1 2 3 4 5
Zufallsgröße xi 0 4 9 16 25
Zufallsgröße yi (Gewinn) -10 -6 -1 6 15
P(X=xi) 0.5697 0.2926 0.1138 0.0221 0.0017
xi ⋅ P(X=xi) 0 1,1704 1,0242 0,3536 0,0425
yi ⋅ P(Y=yi) -5,697 -1,7556 -0,1138 0,1326 0,0255

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.5697 + 4⋅0.2926 + 9⋅0.1138 + 16⋅0.0221 + 25⋅0.0017

2.59

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)=2.59 - 10 = -7.41 ergibt.

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

E(Y)= -10⋅0.5697 + -6⋅0.2926 + -1⋅0.1138 + 6⋅0.0221 + 15⋅0.0017

-7.41

Erwartungswerte mit best. Optionen im WS-Baum

Beispiel:

In einem Stapel Karten mit 9 Asse, 4 Könige, 2 Damen und 5 Buben werden 2 Karten gezogen. Dabei zählen 2 Asse 1000, 2 Könige 300, 2 Damen 180 und 2 Buben 90 Punkte. Außerdem gibt es für ein Paar aus Dame und König 40 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 18 95
As -> König 9 95
As -> Dame 9 190
As -> Bube 9 76
König -> As 9 95
König -> König 3 95
König -> Dame 2 95
König -> Bube 1 19
Dame -> As 9 190
Dame -> König 2 95
Dame -> Dame 1 190
Dame -> Bube 1 38
Bube -> As 9 76
Bube -> König 1 19
Bube -> Dame 1 38
Bube -> Bube 1 19

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Asse' ist:

P('As'-'As')
= 18 95

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Könige' ist:

P('König'-'König')
= 3 95

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Damen' ist:

P('Dame'-'Dame')
= 1 190

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Buben' ist:

P('Bube'-'Bube')
= 1 19

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

P('König'-'Dame') + P('Dame'-'König')
= 2 95 + 2 95 = 4 95

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 300 180 90 40
P(X=xi) 18 95 3 95 1 190 1 19 4 95
xi ⋅ P(X=xi) 3600 19 180 19 18 19 90 19 32 19

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 1000⋅ 18 95 + 300⋅ 3 95 + 180⋅ 1 190 + 90⋅ 1 19 + 40⋅ 4 95

= 3600 19 + 180 19 + 18 19 + 90 19 + 32 19
= 3920 19

206.32