Aufgabenbeispiele von Wiederholung aus 9/10

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Binomialvert. mit variablem n (höchst.)

Beispiel:

Wie oft darf man mit einem normalen Würfel höchstens würfeln, um mit einer Wahrscheinlichkeit von 70% nicht mehr als 39 6er zu würfeln?

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nP(X≤k)
......
2200.701
2210.6903
2220.6794
2230.6684
2240.6573
2250.6462
2260.6349
2270.6235
2280.6121
2290.6006
2300.5891
2310.5775
2320.5659
2330.5543
2340.5426
......

Die Zufallsgröße X gibt Anzahl der gewürfelten 6er an und ist im Idealfall binomialverteilt mit p = 1 6 und variablem n.

Es muss gelten: P 1 6 n (X39) ≥ 0.7

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 1 6 der Versuche mit einem Treffer. Also müssten dann doch bei 39 1 6 ≈ 234 Versuchen auch ungefähr 39 (≈ 1 6 ⋅234) Treffer auftreten.

Wir berechnen also mit unserem ersten n=234:
P 1 6 n (X39) ≈ 0.5426 (TI-Befehl: Binomialcdf ...)

Je nachdem, wie weit nun dieser Wert noch von den gesuchten 0.7 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 0.7 überschritten wird.

Aus der Werte-Tabelle (siehe links) erkennt man dann, dass letztmals bei n=220 die gesuchte Wahrscheinlichkeit über 70% ist.

Binomialverteilung X ∈ [l;k]

Beispiel:

Ein Scherzkeks in einer Glückskeksfabrik backt in jeden achten Glückskeks eine scharfe Peperoni ein. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, mehr als 12 und höchstens 15 Glückskekse mit einer Peproni zu erwischen, wenn man 65 Glückskekse kauft?

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Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=65 und p=0.125.

P0.12565 (13X15) =

...
10
11
12
13
14
15
16
17
...

P0.12565 (X15) - P0.12565 (X12) ≈ 0.9945 - 0.943 ≈ 0.0515
(TI-Befehl: binomcdf(65,0.125,15) - binomcdf(65,0.125,12))

Binomialvert. mit variablem p (diskret)

Beispiel:

Eine Schulklasse möchte fürs Schulfest ein Glücksrad entwickeln. Aus optischen Gründen sollen dabei alle Sektoren gleich groß sein. Einer davon soll für den Hauptpreis stehen. Hierfür haben sie insgesamt 5 Preise gesammelt. Sie erwarten, dass das Glücksrad beim Schulfest 50 mal gespielt wird. Mit wie vielen Sektoren müssen sie ihr Glückrad mindestens bestücken damit die 5 Hauptpreise mit einer Wahrscheinlichkeit von mindestens 90% für die 50 Durchgänge reichen?

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pP(X≤5)
......
1 10 0.6161
1 11 0.6991
1 12 0.7647
1 13 0.8158
1 14 0.8554
1 15 0.886
1 16 0.9096
......

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Hauptpreise an. X ist binomialverteilt mit n=50 und unbekanntem Parameter p.

Es muss gelten: Pp50 (X5) =0.9 (oder mehr)

Wir wissen, dass der Zähler bei unserer Einzelwahrscheinlichkeit p 1 sein muss, da es ja genau einen günstigen Fall gibt.

Wir müssen nun bei verschiedenen Nennern untersuchen, wie hoch die gesuchte Wahrscheinlichkeit Pp50 (X5) ('höchstens 5 Treffer bei 50 Versuchen') bei diesen Nennern wird (siehe Tabelle links)

Um einen günstigen Startwert zu finden wählen wir mal als p= 5 50 . Mit diesem p wäre ja 5= 5 50 ⋅50 der Erwartungswert und somit Pp50 (X5) irgendwo in der nähe von 50%. Wenn wir nun p= 5 50 mit 1 5 erweitern (so dass wir auf den Zähler 1 kommen) und den Nenner abrunden, müssten wir mit p= 1 10 einen brauchbaren Einstiegswert für dieses Probieren erhalten.

In dieser Tabelle erkennen wir, dass erstmals bei der Einzelwahrscheinlichkeit p= 1 16 die gesuchte Wahrscheinlichkeit über 90% steigt.
Der Nenner, also die Anzahl der Sektoren des Glücksrad, muss also mindestens 16 sein.

Binomialvert. mit variabl. p (mind.) nur GTR

Beispiel:

Ein Basketballtrainer sucht einen neuen Spieler, der mit 70% Wahrscheinlichkeit von 82 Freiwürfen mindestens 43 mal trifft. Welche Trefferquote braucht solch ein Spieler mindestens?

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pP(X≥43)=1-P(X≤42)
......
0.50.3703
0.510.4406
0.520.5129
0.530.5849
0.540.6542
0.550.7188
......

Es muss gelten: Pp82 (X43) =0.7 (oder mehr)

oder eben: 1- Pp82 (X42) =0.7 (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=1-binomcdf(82,X,42) - 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 erstmals bei p=0.55 die gesuchte Wahrscheinlichkeit über 0.7 ist.

kumulierte Binomialverteilung

Beispiel:

Eine Münze wird 81 mal geworfen. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit dass höchstens 33 mal "Zahl" (p=0,5) geworfen wird?

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Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=81 und p=0.5.

P0.581 (X33) = P0.581 (X=0) + P0.581 (X=1) + P0.581 (X=2) +... + P0.581 (X=33) = 0.059636834155882 ≈ 0.0596
(TI-Befehl: binomcdf(81,0.5,33))

Binomialvert. Abstand vom Erwartungswert

Beispiel:

In einer Chip-Fabrik werden neue High Tech Chips produziert. Leider ist die Technik noch nicht so ganz ausgereift, weswegen Ausschuss mit einer Wahrscheinlichkeit von p=0,45 entsteht. Es wird eine Stichprobe der Menge 43 entnommen. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Anzahl der defekten Chips nicht mehr als 10% vom Erwartungswert abweicht?

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Den Erwartungswert berechnet man als E=n⋅p=43⋅0.45 = 19.35

Die 10% Abweichung wären dann zwischen 90% von 19.35, also 0.9⋅ 19.35 = 17.415 und 110% von 19.35, also 1.1⋅ 19.35 = 21.285

Da die Trefferzahl ja nicht weiter von 19.35 entfernt sein darf als 17.415 bzw. 21.285, muss sie also zwischen 18 und 21 liegen.

Die Zufallsgröße X gibt die Anzahl der Treffer an. X ist binomialverteilt mit n=43 und p=0.45.

P0.4543 (18X21) =

...
15
16
17
18
19
20
21
22
23
...

P0.4543 (X21) - P0.4543 (X17) ≈ 0.7458 - 0.2868 ≈ 0.459
(TI-Befehl: binomcdf(43,0.45,21) - binomcdf(43,0.45,17))