Aufgabenbeispiele von komplexere Erwartungswerte

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Erwartungswerte bei Binomialverteilungen

Beispiel:

Auf einem Jahrmarkt wird Torwandschießen angeboten. Dabei darf man für 10€ Einsatz 6 Schüsse abgeben. Trifft man alle 6, so erhält man 1000€. Bei 5 Treffern bekommt man 500€, und bei 4 Treffern 20€. 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=0,28 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=0.28.

P0.286 (X3) = P0.286 (X=0) + P0.286 (X=1) + P0.286 (X=2) + P0.286 (X=3) = 0.94428758016 ≈ 0.9443
(TI-Befehl: binomcdf(6,0.28,3))

Trefferzahl: 4

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.28.

P0.286 (X=4) = ( 6 4 ) 0.284 0.722 =0.04779565056≈ 0.0478
(TI-Befehl: binompdf(6,0.28,4))

Trefferzahl: 5

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.28.

P0.286 (X=5) = ( 6 5 ) 0.285 0.721 =0.007434878976≈ 0.0074
(TI-Befehl: binompdf(6,0.28,5))

Trefferzahl: 6

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=6 und p=0.28.

P0.286 (X=6) = ( 6 6 ) 0.286 0.720 =0.000481890304≈ 0.0005
(TI-Befehl: binompdf(6,0.28,6))

Erwartungswerte der Zufallsgrößen X und Y

Ereignis 0-3 4 5 6
Zufallsgröße xi 0 20 500 1000
Zufallsgröße yi (Gewinn) -10 10 490 990
P(X=xi) 0.9443 0.0478 0.0074 0.0005
xi ⋅ P(X=xi) 0 0,956 3,7 0,5
yi ⋅ P(Y=yi) -9,443 0,478 3,626 0,495

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅0.9443 + 20⋅0.0478 + 500⋅0.0074 + 1000⋅0.0005

5.16

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)=5.16 - 10 = -4.84 ergibt.

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

E(Y)= -10⋅0.9443 + 10⋅0.0478 + 490⋅0.0074 + 990⋅0.0005

-4.84

Erwartungswerte mit gesuchten Anzahlen im WS-Baum

Beispiel:

Auf einen Schüleraustausch bewerben sich 21 Mädchen und 7 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 95 234
Mädchen -> Mädchen -> Jungs 35 234
Mädchen -> Jungs -> Mädchen 35 234
Mädchen -> Jungs -> Jungs 7 156
Jungs -> Mädchen -> Mädchen 35 234
Jungs -> Mädchen -> Jungs 7 156
Jungs -> Jungs -> Mädchen 7 156
Jungs -> Jungs -> Jungs 5 468

Die Wahrscheinlichkeit für 0 mal 'Mädchen' ist: 5 468

Die Wahrscheinlichkeit für 1 mal 'Mädchen' ist: 7 156 + 7 156 + 7 156 = 7 52

Die Wahrscheinlichkeit für 2 mal 'Mädchen' ist: 35 234 + 35 234 + 35 234 = 35 78

Die Wahrscheinlichkeit für 3 mal 'Mädchen' ist: 95 234

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) 5 468 7 52 35 78 95 234
xi ⋅ P(X=xi) 0 7 52 35 39 95 78

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅ 5 468 + 1⋅ 7 52 + 2⋅ 35 78 + 3⋅ 95 234

= 0+ 7 52 + 35 39 + 95 78
= 0 156 + 21 156 + 140 156 + 190 156
= 351 156
= 9 4

2.25