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Zufallsgröße (ohne Wahrscheinlichkeit)

Beispiel:

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(Alle Sektoren sind Vielfache
von Achtels-Kreisen)

Zwei gleiche Glücksräder wie rechts in der Abbildung werden gleichzeitig gedreht. Die Zufallsgröße X beschreibt die Summe der Zahlen die bei den beiden Glücksräder erscheinen. Gib alle Werte an, die die Zufallsgröße X annehmen kann.

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Für die Zufallsgröße X: 'Summe der beiden Glücksräder' sind folgende Werte möglich:

Zufallsgröße X23456
zugehörige
Ereignisse
1 - 11 - 2
2 - 1
1 - 3
2 - 2
3 - 1
2 - 3
3 - 2
3 - 3

Zufallsgröße WS-Verteilung

Beispiel:

In einer Urne sind zwei Kugeln, die mit der Zahl 5 beschriftet sind und fünf Kugeln, die mit der Zahl 9 beschriftet sind. Es werden zwei Kugeln mit Zurücklegen gezogen.Die Zufallsgröße X beschreibt das Produkt der Zahlen der beiden gezogenen Kugeln. Stelle eine Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Zufallsgröße X auf.

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Für die Zufallsgröße X: 'Produkt der beiden Kugeln' sind folgende Werte möglich:

Zufallsgröße XX = 25X = 45X = 81
zugehörige
Ergebnisse
5 → 55 → 9
9 → 5
9 → 9
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Jetzt müssen die Wahrscheinlichkeiten der einzelnen Ereignisse erst mal (mit Hilfe eines Baums) berechnet werden.


Und somit können wir dann auch die Wahrscheinlichkeiten für die einzelnen Werte der Zufallsgröße berechnen.

Zufallsgröße XX = 25X = 45X = 81
zugehörige
Wahrscheinlichkeit P(X)
2 7 2 7 2 7 5 7
+ 5 7 2 7
5 7 5 7
  = 4 49 10 49 + 10 49 25 49



Hiermit ergibt sich die gesuchte Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Zufallsgröße X:

Zufallsgröße X254581
P(X=k) 4 49 20 49 25 49

Zufallsgr. WS-Vert. (auch ohne zur.)

Beispiel:

In einer Urne sind vier Kugeln, die mit der Zahl 2 beschriftet sind und zwei Kugeln, die mit der Zahl 6 beschriftet sind. Es werden zwei Kugeln ohne Zurücklegen gezogen.Die Zufallsgröße X beschreibt das Produkt der Zahlen der beiden gezogenen Kugeln. Stelle eine Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Zufallsgröße X auf.

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Für die Zufallsgröße X: 'Produkt der beiden Kugeln' sind folgende Werte möglich:

Zufallsgröße XX = 4X = 12X = 36
zugehörige
Ergebnisse
2 → 22 → 6
6 → 2
6 → 6
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Jetzt müssen die Wahrscheinlichkeiten der einzelnen Ereignisse erst mal (mit Hilfe eines Baums) berechnet werden.


Und somit können wir dann auch die Wahrscheinlichkeiten für die einzelnen Werte der Zufallsgröße berechnen.

Zufallsgröße XX = 4X = 12X = 36
zugehörige
Wahrscheinlichkeit P(X)
2 3 3 5 2 3 2 5
+ 1 3 4 5
1 3 1 5
  = 2 5 4 15 + 4 15 1 15



Hiermit ergibt sich die gesuchte Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Zufallsgröße X:

Zufallsgröße X41236
P(X=k) 2 5 8 15 1 15

Zufallsgr. WS-Vert. (ziehen bis erstmals ...)

Beispiel:

In einer Urne sind 8 rote und 2 blaue Kugeln. Es soll (ohne zurücklegen) solange gezogen werden, bis erstmals eine rote Kugel erscheint. Die Zufallsgröße X beschreibt dabei die Anzahl der Ziehungen, bis die erste rote Kugel gezogen worden ist. Stelle eine Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Zufallsgröße X auf.
(Denk daran, die Brüche vollständig zu kürzen!)

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Da ja nur 2 Kugeln vom Typ 'blau' vorhanden sind, muss spätestens im 3-ten Versuch (wenn dann alle Kugeln vom Typ 'blau' bereits gezogen und damit weg sind) eine Kugel vom Typ 'rot' gezogen werden.

Das heißt die Zufallsgröße X kann nur Werte zwischen 1 und 3 annehmen.

Aus dem reduzierten Baumdiagramm rechts kann man nun die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Zufallsgröße X übernehmen:

Zufallsgröße X123
P(X=k) 4 5 8 45 1 45

Zufallsgröße rückwärts

Beispiel:

In einer Urne sind 20 Kugeln, die mit verschiedenen Zahlen beschriftet sind. Dabei gibt es nur die Zahlen 3, 4 und 8 als Beschriftung. Es werden zwei Kugeln mit Zurücklegen gezogen. Die Zufallsgröße X beschreibt das Produkt der Zahlen der beiden gezogenen Kugeln. Bei der Wahrscheinlichkeitsverteilung von X sind nur der erste und der letzte Wert bekannt (siehe Tabelle). Wie viele Kugeln mit den oben genannten Zahlen als Beschriftung müssen jeweils in der Urne sein?

Zufallsgröße X91216243264
P(X=k) 49 400 ???? 9 400

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Für X=9 gibt es nur das Ereignis: '3'-'3', also dass zwei mal hintereinander '3' kommt.

Wenn p1 die Wahrscheinlichkeit von '3' ist, dann muss also für die Wahrscheinlichkeit, dass zwei mal hintereinander '3' kommt, gelten: P(X=9) = p1 ⋅ p1 (siehe Baumdiagramm).

Aus der Tabelle können wir aber P(X=9) = 49 400 heraus lesen, also muss gelten:

p1 ⋅ p1 = (p1)2 = 49 400 und somit p1 = 7 20 .

Ebenso gibt es für X=64 nur das Ereignis: '8'-'8', also dass zwei mal hintereinander '8' kommt.

Wenn p3 die Wahrscheinlichkeit von '8' ist, dann muss also für die Wahrscheinlichkeit, dass zwei mal hintereinander '8' kommt, gelten: P(X=64) = p3 ⋅ p3 (siehe Baumdiagramm).

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Aus der Tabelle können wir aber P(X=64) = 9 400 heraus lesen, also muss gelten:

p3 ⋅ p3 = (p3)2 = 9 400 und somit p3 = 3 20 .

Da es aber nur drei Optionen gibt, muss p1 + p2 + p3 = 1 gelten, also

p2 = 1 - p1 - p3 = 1 - 7 20 - 3 20 = 20 20 - 7 20 - 3 20 = 10 20 = 1 2

Um nun noch die jeweilige Anzahl der Kugeln mit gleicher Zahl zu ermittlen, müssen wir einfach die Wahrscheinlichkeit mit 20 multiplizieren, weil ja für die Wahrscheinlichkeit für eine der n Kugeln mit einer bestimmten Zahl gilt: p = n 20

Somit erhalten wir:

n3 = 7 20 ⋅ 20 = 7

n4 = 1 2 ⋅ 20 = 10

n8 = 3 20 ⋅ 20 = 3

Erwartungswerte

Beispiel:

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(Alle Sektoren sind Vielfache
von Achtels-Kreisen)

Wie viele Punkte kann man bei dem abgebildeten Glücksrad erwarten?

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Die Zufallsgröße X beschreibt die Punktezahl auf einem Sektor des Glücksrads.

Erwartungswert der Zufallsgröße X

Ereignis 2 4 16 75
Zufallsgröße xi 2 4 16 75
P(X=xi) 3 8 2 8 2 8 1 8
xi ⋅ P(X=xi) 3 4 1 4 75 8

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 2⋅ 3 8 + 4⋅ 2 8 + 16⋅ 2 8 + 75⋅ 1 8

= 3 4 + 1+ 4+ 75 8
= 6 8 + 8 8 + 32 8 + 75 8
= 121 8

15.13

Einsatz für faires Spiel bestimmen

Beispiel:

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(Alle Sektoren sind Vielfache
von Achtels-Kreisen)

Bei einem Glücksrad wie rechts abgebildet soll das noch fehlende Feld mit einem Betrag so bestückt werden, dass das Spiel bei einem Einsatz von 12,5€ fair ist.

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Die Zufallsgröße X beschreibt die Auszahlung.

Die Zufallsgröße Y beschreibt den Gewinn, also Auszahlung - Einsatz.

Erwartungswerte der Zufallsgrößen X und Y

Ereignis 2 8 12 ?
Zufallsgröße xi 2 8 12 x
Zufallsgröße yi (Gewinn) -10.5 -4.5 -0.5 x-12.5
P(X=xi) 4 8 2 8 1 8 1 8
xi ⋅ P(X=xi) 1 2 3 2 1 8 ⋅ x
yi ⋅ P(Y=yi) - 21 4 - 9 8 - 0.5 8 1 8 ⋅(x-12.5)

Um den gesuchten Auszahlungsbetrag zu berrechnen hat man zwei Möglichkeiten:

Entweder stellt man eine Gleichung auf, so dass der Erwartungswert des Auszahlungsbetrags gleich des Einsatzes ist ...

E(X) = 12.5

4 8 · 2 + 2 8 · 8 + 1 8 · 12 + 1 8 x = 12.5

1 +2 + 3 2 + 1 8 x = 12.5

1 +2 + 3 2 + 1 8 x = 12,5
1 8 x + 9 2 = 12,5 |⋅ 8
8( 1 8 x + 9 2 ) = 100
x +36 = 100 | -36
x = 64

... oder man stellt eine Gleichung auf, so dass der Erwartungswert des Gewinns gleich null ist:

E(Y) = 0

4 8 · ( -10,5 ) + 2 8 · ( -4,5 ) + 1 8 · ( -0,5 ) + 1 8 ( x -12,5 ) = 0

- 10,5 2 - 4,5 4 - 0,5 8 + 1 8 · x + 1 8 · ( -12,5 ) = 0

- 10,5 2 - 4,5 4 - 0,5 8 + 1 8 · x + 1 8 · ( -12,5 ) = 0
-5,25 -1,125 -0,0625 + 1 8 x -1,5625 = 0
1 8 x -8 = 0 |⋅ 8
8( 1 8 x -8 ) = 0
x -64 = 0 | +64
x = 64

In beiden Fällen ist also der gesuchte Betrag: 64

Erwartungswert ganz offen

Beispiel:

Eine Klasse möchte beim Schulfest ein Glücksrad mit Spielgeld anbieten. Dabei soll das Glücksrad in Sektoren aufgeteilt werden, in denen der Auszahlungsbetrag (z.B. 3€) drin steht. Nach langer Diskussion einigt man sich auf folgende Punkte:• Das Spiel mit dem Glücksrad muss fair sein • Der Einsatz soll 2€ betragen• Der minimale Auszahlungsbetrag soll 1€ sein• Der maximale Auszahlungsbetrag soll soll 9€ sein• Es sollen genau 4 Sektoren mit verschiedenen Auszahlungsbeträgen auf dem Glücksrad seinFinde eine Möglichkeit für solch ein Glücksrad und trage diese in die Tabelle ein.

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Eine (von vielen möglichen) Lösungen:

Als erstes schreiben wir mal die Vorgaben in die Tabelle rein.

  Feld1 Feld2 Feld3 Feld4
X (z.B. Auszahlung) 1 9
Y Gewinn (Ausz. - Einsatz) -1 7
P(X) = P(Y)
Y ⋅ P(Y)

Jetzt setzen wir die Wahrscheinlichkeiten so, dass der negative Beitrag vom minimalen Betrag zum Erwartungswert den gleichen Betrag hat wie der positve vom maximalen Betrag.(dazu einfach jeweils den Gewinn in den Nenner der Wahrscheinlichkeit)

  Feld1 Feld2 Feld3 Feld4
X (z.B. Auszahlung) 1 9
Y Gewinn (Ausz. - Einsatz) -1 7
P(X) = P(Y) 1 2 1 14
Y ⋅ P(Y) - 1 2 1 2

Die bisherigen Optionen vereinen eine Wahrscheinlichkeit von 1 2 + 1 14 = 4 7
Als Restwahrscheinlichkeit für die verbleibenden Beträge bleibt nun also 1- 4 7 = 3 7 .
Diese wird auf die beiden verbleibenden Optionen verteilt:

  Feld1 Feld2 Feld3 Feld4
X (z.B. Auszahlung) 1 9
Y Gewinn (Ausz. - Einsatz) -1 7
P(X) = P(Y) 1 2 3 14 3 14 1 14
Y ⋅ P(Y) - 1 2 1 2

Damit nun der Erwartungswert =0 wird, müssen sich die beiden noch verbleibenden Anteile daran gegenseitig aufheben. Dies erreicht man, in dem man den Gewinn jeweils gleich 'weit vom Einsatz weg' (nämlich 1 2 ) setzt.

  Feld1 Feld2 Feld3 Feld4
X (z.B. Auszahlung) 1 1.5 2.5 9
Y Gewinn (Ausz. - Einsatz) -1 -0.5 0.5 7
P(X) = P(Y) 1 2 3 14 3 14 1 14
Winkel 180° 77.14° 77.14° 25.71°
Y ⋅ P(Y) - 1 2 - 3 28 3 28 1 2

Wenn man nun den Erwartungswert berechnet, kommt der gesuchte heraus:

E(Y)= -1⋅ 1 2 + -0.5⋅ 3 14 + 0.5⋅ 3 14 + 7⋅ 1 14

= - 1 2 - 3 28 + 3 28 + 1 2
= - 14 28 - 3 28 + 3 28 + 14 28
= 0 28
= 0

Erwartungswerte bei 'Ziehen bis erstmals ...'

Beispiel:

In einer Urne sind 1 rote und 3 blaue Kugeln. Es soll (ohne zurücklegen) solange gezogen werden, bis erstmals eine rote Kugel erscheint. Bestimme den Erwartungswert für die Anzahl der Ziehungen, bis die erste rote Kugel gezogen ist.
(Denk daran, den Bruch vollständig zu kürzen!)

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Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Ausgänge

Die Wahrscheinlichkeit für ein 'rot' im 1-ten Versuch st: 1 4

Die Wahrscheinlichkeit für ein 'rot' im 2-ten Versuch st: 1 4

Die Wahrscheinlichkeit für ein 'rot' im 3-ten Versuch st: 1 4

Die Wahrscheinlichkeit für ein 'rot' im 4-ten Versuch st: 1 4

Die Zufallsgröße X beschreibt die Anzahl der Ziehungen. bis die erste rote Kugel gezogen ist.

Erwartungswert der Zufallsgröße X

Ereignis 1 2 3 4
Zufallsgröße xi 1 2 3 4
P(X=xi) 1 4 1 4 1 4 1 4
xi ⋅ P(X=xi) 1 4 1 2 3 4 1

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 1⋅ 1 4 + 2⋅ 1 4 + 3⋅ 1 4 + 4⋅ 1 4

= 1 4 + 1 2 + 3 4 + 1
= 1 4 + 2 4 + 3 4 + 4 4
= 10 4
= 5 2

2.5

Erwartungswerte mit gesuchten Anzahlen im WS-Baum

Beispiel:

Auf einen Schüleraustausch bewerben sich 12 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 220 969
Mädchen -> Mädchen -> Jungs 154 969
Mädchen -> Jungs -> Mädchen 154 969
Mädchen -> Jungs -> Jungs 28 323
Jungs -> Mädchen -> Mädchen 154 969
Jungs -> Mädchen -> Jungs 28 323
Jungs -> Jungs -> Mädchen 28 323
Jungs -> Jungs -> Jungs 35 969

Die Wahrscheinlichkeit für 0 mal 'Mädchen' ist: 35 969

Die Wahrscheinlichkeit für 1 mal 'Mädchen' ist: 28 323 + 28 323 + 28 323 = 84 323

Die Wahrscheinlichkeit für 2 mal 'Mädchen' ist: 154 969 + 154 969 + 154 969 = 154 323

Die Wahrscheinlichkeit für 3 mal 'Mädchen' ist: 220 969

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) 35 969 84 323 154 323 220 969
xi ⋅ P(X=xi) 0 84 323 308 323 220 323

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅ 35 969 + 1⋅ 84 323 + 2⋅ 154 323 + 3⋅ 220 969

= 0+ 84 323 + 308 323 + 220 323
= 0 323 + 84 323 + 308 323 + 220 323
= 612 323
= 36 19

1.89

Erwartungswerte mit best. Optionen im WS-Baum

Beispiel:

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

(Alle Sektoren sind Vielfache
von Achtels-Kreisen)

Zwei Glücksräder wie rechts in der Abbildung werden gleichzeitig gedreht. Erscheinen zwei Kronen, so erhält man 20€. Bei einer Krone erhält man immer hin noch 4€. Erscheinen zwei gleiche Dinge (außer Kronen), so erhält man 5€. In allen anderen Fällen geht man leer aus. Mit wie viel Euro kann man bei einem Spiel durchschnittlich rechnen?
(Denk daran, den Bruch vollständig zu kürzen!)

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Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Ausgänge

EreignisP
Blume -> Blume 1 4
Blume -> Raute 1 8
Blume -> Stein 1 16
Blume -> Krone 1 16
Raute -> Blume 1 8
Raute -> Raute 1 16
Raute -> Stein 1 32
Raute -> Krone 1 32
Stein -> Blume 1 16
Stein -> Raute 1 32
Stein -> Stein 1 64
Stein -> Krone 1 64
Krone -> Blume 1 16
Krone -> Raute 1 32
Krone -> Stein 1 64
Krone -> Krone 1 64

Die Wahrscheinlichkeit für '2 gleiche' ist:

P('Blume'-'Blume') + P('Raute'-'Raute') + P('Stein'-'Stein')
= 1 4 + 1 16 + 1 64 = 21 64

Die Wahrscheinlichkeit für '1 Krone' ist:

P('Blume'-'Krone') + P('Raute'-'Krone') + P('Stein'-'Krone') + P('Krone'-'Blume') + P('Krone'-'Raute') + P('Krone'-'Stein')
= 1 16 + 1 32 + 1 64 + 1 16 + 1 32 + 1 64 = 7 32

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Kronen' ist:

P('Krone'-'Krone')
= 1 64

Die Zufallsgröße X beschreibt den ausbezahlten Gewinn bei einem Spiel.

Erwartungswert der Zufallsgröße X

Ereignis 2 gleiche 1 Krone 2 Kronen
Zufallsgröße xi 5 4 20
P(X=xi) 21 64 7 32 1 64
xi ⋅ P(X=xi) 105 64 7 8 5 16

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 5⋅ 21 64 + 4⋅ 7 32 + 20⋅ 1 64

= 105 64 + 7 8 + 5 16
= 105 64 + 56 64 + 20 64
= 181 64

2.83