Aufgabenbeispiele von Pfadregel, Kombinatorik

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Ziehen bis erstmals x kommt

Beispiel:

Aus einem Kartenstapel mit 10 Karten der Farbe Herz und 3 weiteren Karten soll solange eine Karte gezogen werden, bis eine Herz-Karte erscheint. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass dies im 2.Versuch passiert?
(Denk daran, den Bruch vollständig zu kürzen!)

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Die Wahrscheinlichkeit kann man dem einzig möglichen Pfad entlang ablesen:

P= 3 13 10 12
= 1 13 10 4
= 5 26

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Ziehen ohne Zurücklegen

Beispiel:

In einer Urne sind 8 rote, 10 blaue , 2 gelbe und 4 schwarze Kugeln. Es wird zwei mal ohne zurücklegen eine Kugel gezogen. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit für "mindestens 1 mal blau"?

Lösung einblenden

Da ja ausschließlich nach 'blau' gefragt ist, genügt es das Modell auf zwei Möglichkeiten zu beschränken: 'blau' und 'nicht blau'

Einzel-Wahrscheinlichkeiten :"blau": 5 12 ; "nicht blau": 7 12 ;

Wie man auch im Baumdiagramm unten gut erkennen kann, sind bei 'mindestens einmal blau' alle Möglichkeiten enthalten, außer eben kein 'blau' bzw. 0 mal 'blau'

Man kann also am aller einfachsten die gesuchte Wahrscheinlichkeit über das Gegenereignis berechnen:

P=1-P(0 mal 'blau')=1- 91 276 = 185 276

EreignisP
blau -> blau 15 92
blau -> nicht blau 35 138
nicht blau -> blau 35 138
nicht blau -> nicht blau 91 276

Einzel-Wahrscheinlichkeiten: blau: 5 12 ; nicht blau: 7 12 ;

Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das SchaubBild nicht sehen :( Die relevanten Pfade sind:


'blau'-'nicht blau' (P= 35 138 )
'nicht blau'-'blau' (P= 35 138 )
'blau'-'blau' (P= 15 92 )


Die Lösung ist also die Summe dieser Wahrscheinlichkeiten:

35 138 + 35 138 + 15 92 = 185 276


Kombinatorik

Beispiel:

Sandy möchte sich ein Outfit zusammenstellen. Dabei kann sie beim Oberteil zwischen einer Bluse, einem T-Shirt und einem Pullover wählen. Außerdem muss sie sich für eine ihrer 2 Hosen entscheiden. Für die Füße stehen ihr 6 Paar Schuhe zur Verfügung. Wie viele verschiedene Outfits kann sie sich mit diesen Kleidungsstücken zusammenkombinieren?

Lösung einblenden

Für die Kategorie 'Oberteile' gibt es 3 Möglichkeiten. Dabei kann man jedes Stück mit jeder der 2 Möglichkeiten der Kategorie 'Hosen' kombinieren. Dies ergibt also 3 ⋅ 2 = 6 Möglichkeiten. Und jede dieser Möglichkeiten kann man dann wieder mit den 6 Möglichkeiten der Kategorie 'Schuhe' kombinieren, so dass sich insgesamt 3 ⋅ 2 ⋅ 6 = 36 Möglichkeiten ergeben.

n Richtige tippen (ohne Zurücklegen)

Beispiel:

Bei einer Lotterie werden aus einem Lostopf mit 52 durchnummerierten Kugeln immer 6 Gewinnerkugeln zufällig gezogen. Jeder Teilnehmer an der Lotterie tippt nun genau 6 Zahlen. Bestimme die Wahrscheinlichkeit, dass man hierbei genau 3 der 6 Kugeln zufällig richtig tippt.
(Bitte auf 4 Stellen nach dem Komma runden - keine Prozentzahl)

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Zuerst überlegen wir uns die Anzahl der Möglichkeiten welche 6 der insgesamt 52 Kugeln gewählt werden. Da dies ja der klassische Fall ist, bei dem man 6 von 52 Kugeln ohne Zurücklegen und ohne Berücksichtigung der Reihenfolge auswählt, können wir hierfür einfach den Binomialkoeffizienten ( 52 6 ) verwenden.

Jetzt überlegen wir uns, wie viele günstige Möglichkeiten es gibt:


Es gibt ( 6 3 ) verschiedene Möglichkeiten 3 Kreuzchen auf 6 Kästchen zu verteilen.

Für die Anzahl der Möglichkeiten, die 3 richtig getippten unter den 6 Gewinner-Kugeln auszuwählen, können wir wieder das gleiche Modell verwenden, eben "3 verschiedene Kugeln ohne Berücksichtigung der Reihenfolge unter den 6 Gewinner-Kugeln ziehen", also ( 6 3 ) Möglichkeiten.

Für die Anzahl der Möglichkeiten, die 3 falsch getippten unter den 46 Nicht-Gewinner-Kugeln auszuwählen, können wir wieder das gleiche Modell verwenden, eben "3 verschiedene Kugeln ohne Berücksichtigung der Reihenfolge unter den 46 Nicht-Gewinner-Kugeln ziehen", also ( 46 3 ) Möglichkeiten.

Wenn wir jetzt die günstigen Fälle betrachten, kommen wir auf ( 6 3 ) ( 46 3 ) Möglichkeiten, weil ja jeder Fall der richtig getippten mit jedem Fall der falsch getippten kombiniert werden kann. Da ja die Anzahl der insgesamt möglichen Fälle für "6 Kugeln aus 52 Kugeln ziehen" ( 52 6 ) ist, können wir nun die Wahrscheinlichkiet als Quotient der günstigen Fälle durch alle möglichen Fälle berechnen:

P = Anzahl der günstigen Fälle Anzahl aller möglichen Fälle = ( 6 3 ) ( 46 3 ) ( 52 6 ) = 303600 20358520 0,0149 = 1,49%

nur verschiedene (mit Zurücklegen)

Beispiel:

Ein Glücksrad mit 5 gleich großen Sektoren, die mit den Zahlen von 1 bis 5 beschriftet sind, wird 8 mal gedreht. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass bei den 8 Drehungen eine Zahl genau 4 mal erscheint und alle anderen 4 Zahlen genau einmal?
(Bitte auf 4 Stellen nach dem Komma runden - keine Prozentzahl)

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Anzahl der möglichen Fälle

Man erkennt schnell, dass es für jedes Feld (hier: Drehung) 5 Möglichkeiten gibt, die sich mit den 5 Möglichkeiten jedes anderen Feldes (Drehung) kombinieren lassen, so dass es insgesamt 5⋅5⋅...⋅5 = 58 Möglichkeiten für eine solche Serie von Glücksraddrehungen gibt.

Anzahl der günstigen Fälle


Es gibt ( 8 4 ) verschiedene Möglichkeiten 4 Kreuzchen auf 8 Kästchen zu verteilen.
Für die Anzahl der günstigen (oder gesuchten) Möglichkeiten überlegen wir uns am besten zuerst, wie viele Möglichkeiten es für die 4 Felder (Drehungen) gibt, auf denen die 4 gleichen Zahlen stehen.
Hierfür gibt es ( 8 4 ) Möglichkeiten.

Da ja nur Zahlen zwischen 1 und 5 möglich sind, gibt es somit ( 8 4 ) ⋅ 5 Möglichkeiten für die Belegung der 4 Felder (Drehungen) mit gleichen Zahlen, weil ja eben jede der 5 Zahlen theoretisch 4-fach vorkommen könnte.

Jetzt bleiben noch 4 Felder (Drehungen), die mit den anderen 4 Zahlen belegt werden können, wobei dabei jede Zahl genau einmal vorkommen muss. Auch das ist ja ein bekanntes Modell (n Zahlen auf n Felder verteilen): Hier gibt es 4! = 4⋅3⋅2⋅1 Möglichkeiten.
(4 Möglichkeiten für das erste Feld, 3 Möglichkeiten für das zweite ...)

Insgesamt erhalten wir somit ( 8 4 ) ⋅ 5 ⋅ 4⋅3⋅2⋅1 = 8400 günstige Möglichkeiten

Die gesuchte Wahrscheinlichkeit können wir somit als Quotient der günstigen Fälle durch alle möglichen Fälle berechnen:

P = Anzahl der günstigen Fälle Anzahl aller möglichen Fälle = ( 8 4 ) ⋅ 5 ⋅ 4⋅3⋅2⋅1 5⋅5⋅5⋅5⋅5⋅5⋅5⋅5 = 8400 390625 0,0215 = 2,15%

Ohne Zurücklegen rückwärts

Beispiel:

In einem Behälter sind 4 rote und ein unbekannte Zahl n blaue Kugeln. Es wird 2 mal ohne zurücklegen eine Kugel gezogen. Dabei beträgt die Wahrscheinlichkeit, zwei verschiedenfarbige Kugeln zu ziehen, P = 8 15 . Bestimme eine mögliche Anzahl der blauen Kugeln.

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Insgesamt sind also n + 4 Kugeln im Behälter.

Die Wahrscheinlichkeit für "rot" beim ersten Versuch ist damit: 4 n + 4

Wenn dann auch tatsächlich "rot" aufgetreten ist, ist die Wahrscheinlichkeit für "blau" beim zweiten Versuch ist dann: n n + 3

Zwei verschiedenfarbige Kugeln zu ziehen kann ja aber auch erst blau und dann rot bedeuten. Die Wahrscheinlichkeit für diesem Fall wäre dann n n + 4 4 n + 3

Die Wahrscheinlichkeit, zwei verschiedenfarbige Kugeln zu ziehen ist also 2 4 n +4 · n n +3 . Da diese Wahrscheinlichkeit ja 8 15 ist, gilt somit:

D=R\{ -4 ; -3 }

8n ( n +4 ) ( n +3 ) = 8 15

Wir multiplizieren den Nenner ( n +4 ) ( n +3 ) weg!

8n ( n +4 ) · ( n +3 ) = 8 15 |⋅( ( n +4 ) ( n +3 ) )
8n ( n +4 ) · ( n +3 ) · ( n +4 ) ( n +3 ) = 8 15 · ( n +4 ) ( n +3 )
8 n ( n +4 ) n +4 = 8 15 ( n +4 ) ( n +3 )
8n = 8 15 ( n +4 ) ( n +3 )
8n = 8 15 n 2 + 56 15 n + 32 5
8n = 8 15 n 2 + 56 15 n + 32 5 |⋅ 15
120n = 15( 8 15 n 2 + 56 15 n + 32 5 )
120n = 8 n 2 +56n +96 | -8 n 2 -56n -96
-8 n 2 +64n -96 = 0 |:8

- n 2 +8n -12 = 0

eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):

n1,2 = -8 ± 8 2 -4 · ( -1 ) · ( -12 ) 2( -1 )

n1,2 = -8 ± 64 -48 -2

n1,2 = -8 ± 16 -2

n1 = -8 + 16 -2 = -8 +4 -2 = -4 -2 = 2

n2 = -8 - 16 -2 = -8 -4 -2 = -12 -2 = 6

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

Es waren also 2 oder 6 blaue Kugeln im Behälter.

2 Urnen

Beispiel:

In einem Kartenstapel A sind 2 Herz-Karten und 3 Kreuz-Karten. Im Kartenstapel B sind 2 Herz- und 8 Kreuz-Karten. Es wird eine Karte zufällig aus dem Stapel A gezogen und auf den Stapel B gelegt. Nach längerem Mischen werden dann die obersten beiden Karten vom Stapel B gezogen. Bestimme die Wahrscheinlichkeit, dass diese beiden aus dem Stapel B gezogenen Karten Kreuz-Karten sind.

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Es gibt zwei Möglichkeiten, wie Stapel B nach der ersten Ziehung aus Stapel A bestückt ist:

1. Möglichkeit: 3 Herz und 8 Kreuz

Diese Möglichkeit tritt ein, wenn aus Stapel A eine Herz Karte gezogen wird.

Die Wahrscheinlichkeit, dass dieser Fall überhaupt eintritt, ist 2 5 .

Wenn dann dieser Fall eingetreten ist, können wir über ein Baumdiagramm die Wahrscheinlichkeit, zwei Kreuz-Karten zu ziehen, bestimmen:
P(Kreuz-Kreuz) = 8 11 7 10 = 28 55

Insgesamt gilt also für die Wahrscheinlichkeit, zwei Kreuz-Karten zu ziehen wenn zuvor eine Herz Karte von Stapel A gezogen wurde:
P1 = 2 5 28 55 = 56 275

2. Möglichkeit: 2 Herz und 9 Kreuz

Diese Möglichkeit tritt ein, wenn aus Stapel A eine Kreuz Karte gezogen wird.

Die Wahrscheinlichkeit, dass dieser Fall überhaupt eintritt, ist 3 5 .

Wenn dann dieser Fall eingetreten ist, verändern sich am Baumdiagramm eben die Wahrscheinlichkeiten.
Die Wahrscheinlichkeit, zwei Kreuz-Karten zu ziehen, ist in diesem Fall dann:
P(Kreuz-Kreuz) = 9 11 8 10 = 36 55

Insgesamt gilt also für die Wahrscheinlichkeit, zwei Kreuz-Karten zu ziehen wenn zuvor eine Kreuz Karte von Stapel A gezogen wurde:
P2 = 3 5 36 55 = 108 275

Beide Möglichkeiten zusammen:

Insgesamt gilt somit für die Wahrscheinlichkeit, zwei Kreuz-Karten zu ziehen:

P = P1 + P2 = 56 275 + 108 275 = 164 275 .