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 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) -5 25 395 2995
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) -4,754 1,0625 2,4885 1,198

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 - 5 = 0 ergibt.

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

E(Y)= -5⋅0.9508 + 25⋅0.0425 + 395⋅0.0063 + 2995⋅0.0004

-0

Erwartungswerte mit best. Optionen im WS-Baum

Beispiel:

In einem Stapel Karten mit 9 Asse, 10 Könige, 10 Damen und 3 Buben werden 2 Karten gezogen. Dabei zählen 2 Asse 500, 2 Könige 450, 2 Damen 180 und 2 Buben 70 Punkte. Außerdem gibt es für ein Paar aus Dame und König 25 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 9 124
As -> König 45 496
As -> Dame 45 496
As -> Bube 27 992
König -> As 45 496
König -> König 45 496
König -> Dame 25 248
König -> Bube 15 496
Dame -> As 45 496
Dame -> König 25 248
Dame -> Dame 45 496
Dame -> Bube 15 496
Bube -> As 27 992
Bube -> König 15 496
Bube -> Dame 15 496
Bube -> Bube 3 496

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Asse' ist:

P('As'-'As')
= 9 124

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Könige' ist:

P('König'-'König')
= 45 496

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Damen' ist:

P('Dame'-'Dame')
= 45 496

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Buben' ist:

P('Bube'-'Bube')
= 3 496

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

P('König'-'Dame') + P('Dame'-'König')
= 25 248 + 25 248 = 25 124

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 500 450 180 70 25
P(X=xi) 9 124 45 496 45 496 3 496 25 124
xi ⋅ P(X=xi) 1125 31 10125 248 2025 124 105 248 625 124

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 500⋅ 9 124 + 450⋅ 45 496 + 180⋅ 45 496 + 70⋅ 3 496 + 25⋅ 25 124

= 1125 31 + 10125 248 + 2025 124 + 105 248 + 625 124
= 9000 248 + 10125 248 + 4050 248 + 105 248 + 1250 248
= 24530 248
= 12265 124

98.91