Aufgabenbeispiele von Wiederholung aus 9/10

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Binomialvert. mit variablem n (mind)

Beispiel:

Die Firma Apple hat ein neues geniales Produkt, die iYacht, auf den Markt gebracht (wenn auch nicht ganz günstig). Die hierfür beauftragte Marketingagentur garantiert, dass unter denen, denen sie die Yacht vorgeführt hat, der Anteil der späteren Käufer bei 13% liegt. Wie vielen Personen muss nun dieses Produkt mindestens vorgeführt werden, damit sich mit mind. 60% Wahrscheinlichkeit, 34 oder mehr Käufer für dieses Produkt finden?

Lösung einblenden
nP(X≤k)
......
2650.4398
2660.4305
2670.4213
2680.4121
2690.4031
2700.394
......

Die Zufallsgröße X gibt Anzahl der Käufer an und ist im Idealfall binomialverteilt mit p = 0.13 und variablem n.

Es muss gelten: P0.13n (X34) ≥ 0.6

Weil man ja aber P0.13n (X34) nicht in den WTR eingeben kann, müssen wir diese Wahrscheinlichkeit über die Gegenwahrscheinlichkeit berechnen:

P0.13n (X34) = 1 - P0.13n (X33) ≥ 0.6 |+ P0.13n (X33) - 0.6

0.4 ≥ P0.13n (X33) oder P0.13n (X33) ≤ 0.4

Jetzt müssen wir eben so lange mit verschiedenen Werten von n probieren, bis diese Gleichung erstmals erfüllt wird:

Dabei stellt sich nun natürlich die Frage, mit welchem Wert für n wir dabei beginnen. Im Normalfall enden 13% der Versuche mit einem Treffer. Also müssten dann doch bei 34 0.13 ≈ 262 Versuchen auch ungefähr 34 (≈0.13⋅262) Treffer auftreten.

Wir berechnen also mit unserem ersten n=262:
P0.13n (X33) ≈ 0.468 (TI-Befehl: Binomialcdf ...)

Je nachdem, wie weit nun dieser Wert noch von den gesuchten 0.4 entfernt ist, erhöhen bzw. verkleinern wir das n eben in größeren oder kleineren Schrittweiten.

Dies wiederholen wir solange, bis wir zwei aufeinanderfolgende Werte von n gefunden haben, bei denen die 0.4 überschritten wird.

Aus der Werte-Tabelle (siehe links) erkennt man dann, dass erstmals bei n=270 die gesuchte Wahrscheinlichkeit unter 0.4 ist.

n muss also mindestens 270 sein, damit P0.13n (X33) ≤ 0.4 oder eben P0.13n (X34) ≥ 0.6 gilt.

Formel v. Bernoulli

Beispiel:

Ein partystarker Schüler muss einen Mulitple Choice Test ablegen von dem er keinen blassen Schimmer hat. Deswegen rät er einfach bei jeder der 26 Aufgaben munter drauf los, welche der vier Antworten wohl richtig sein könnte. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass er so genau 5 Fragen richtig beantwortet hat?

Lösung einblenden

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=26 und p= 1 4 .

P 1 4 26 (X=5) = ( 26 5 ) ( 1 4 )5 ( 3 4 )21 =0.15278490332745≈ 0.1528
(TI-Befehl: binompdf(26,1/4,5))

Binomialvert. mit variablem p (diskret)

Beispiel:

Die Homepage-AG einer Schule möchte auf der Startseite der Internetseite der Schule ein Zufallsbild integrieren. Dabei soll bei jedem Aufruf der Startseite ein zufälliges Bild aus einer Bilderdatenbank gezeigt werden. Alle Bilder der Datenbank sind immer gleich wahrscheinlich. Auf 3 Bildern der Datenbank sind Mitglieder der Homepage-AG zu sehen. Es wird geschätzt, dass die Seite täglich 150 mal aufgerufen wird. Die Mitglieder der Homepage-AG wollen dass mit mindestens 90%-iger Wahrscheinlichkiet mindestens 10 mal am Tag eines ihrer eigenen 3 Bilder erscheint. Wie viele andere Bilder dürfen dann höchstens noch in der Datenbank sein?

Lösung einblenden
pP(X≥10)=1-P(X≤9)
......
3 19 0.9998
3 20 0.9995
3 21 0.9988
3 22 0.9977
3 23 0.9959
3 24 0.993
3 25 0.9889
3 26 0.9831
3 27 0.9756
3 28 0.9659
3 29 0.9541
3 30 0.94
3 31 0.9235
3 32 0.9048
3 33 0.8839
......

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Bilder mit Homepage-AG-lern an. X ist binomialverteilt mit n=150 und unbekanntem Parameter p.

Es muss gelten: Pp150 (X10) = 1- Pp150 (X9) = 0.9 (oder mehr)

Wir wissen, dass der Zähler bei unserer Einzelwahrscheinlichkeit p 3 sein muss, da es ja genau 3 günstige Fälle gibt.

Wir müssen nun bei verschiedenen Nennern untersuchen, wie hoch die gesuchte Wahrscheinlichkeit Pp150 (X10) ('mindestens 10 Treffer bei 150 Versuchen') bei diesen Nennern wird (siehe Tabelle links)

Als Startwert wählen wir als p= 3 19 . (Durch Ausprobieren erkennt man, dass vorher die Wahrscheinlichkeit immer fast 1 ist)

In dieser Tabelle erkennen wir, dass letztmals bei der Einzelwahrscheinlichkeit p= 3 32 die gesuchte Wahrscheinlichkeit über 90% bleibt.
Der Nenner, also die Anzahl aller Bilder in der Datenbank, darf also höchstens 32 sein.

Also wären noch 29 zusätzliche Optionen (also weitere Bilder) zulässig.

Binomialvert. mit variabl. p (höchstens) nur GTR

Beispiel:

Eine Fluggesellschaft hat 49 Plätze in ihrem Flugzeug. Trotzdem werden 61 Flugtickets verkauft. Wie hoch darf die Wahrscheinlichkeit, dass ein Ticketkäufer auch tatsächlich mitfliegt, höchstens sein, dass das Flugzeug mit einer Wahrscheinlichkeit von mindestens 90% nicht überbucht ist (also dass alle mitfliegen können)?

Lösung einblenden
pP(X≤k)
......
0.690.9833
0.70.9752
0.710.964
0.720.9486
0.730.9282
0.740.9016
0.750.8678
......

Es muss gelten: Pp61 (X49) =0.9 (oder mehr)

Diese Gleichung gibt man also in den GTR als Funktion ein, wobei das variable p eben als X gesetzt werden muss.
(TI-Befehl: y1=binomcdf(61,X,49) - dabei darauf achten, dass X nur zwischen 0 und 1 sein darf - bei TblSet sollte deswegen Δtable auf 0.01 gesetzt werden)

Aus der Werte-Tabelle (siehe links) erkennt man dann, dass letztmals bei p=0.74 die gesuchte Wahrscheinlichkeit über 0.9 ist.

Formel v. Bernoulli

Beispiel:

Ein Würfel wird 35 mal geworfen. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit dass genau 5 mal eine 6 (p=1/6) geworfen wird?

Lösung einblenden

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=35 und p= 1 6 .

P 1 6 35 (X=5) = ( 35 5 ) ( 1 6 )5 ( 5 6 )30 =0.17587240158277≈ 0.1759
(TI-Befehl: binompdf(35,1/6,5))

Wahrscheinlichkeit von σ-Intervall um μ

Beispiel:

Ein Basketballspieler hat eine Trefferquote von p=25%. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit dass bei 65 Versuchen die Anzahl seiner Treffer um nicht mehr als eine Standardabweichung von seinem Erwartungswert abweicht?

Lösung einblenden

Den Erwartungswert berechnet man mit μ = n⋅p = 65⋅0.25 ≈ 16.25,
die Standardabweichung mit σ = n p (1-p) = 65 0.25 0.75 ≈ 3.49

19.74 (16.25 + 3.49) und 12.76 (16.25 - 3.49) sind also jeweils eine Standardabweichung vom Erwartungswert μ = 16.25 entfernt.

Das bedeutet, dass genau die Zahlen zwischen 13 und 19 nicht mehr als eine Standardabweichung vom Erwartungswert entfernt sind.

Gesucht ist also die Wahrscheinlichkeit, dass die Trefferanzahl zwischen 13 und 19 liegt.

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=65 und p=0.25.

P0.2565 (13X19) =

...
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
...

P0.2565 (X19) - P0.2565 (X12) ≈ 0.825 - 0.1403 ≈ 0.6847
(TI-Befehl: binomcdf(65,0.25,19) - binomcdf(65,0.25,12))