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Zufallsgröße (ohne Wahrscheinlichkeit)

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 gleiche Glücksräder wie rechts in der Abbildung werden gleichzeitig gedreht. Die Zufallsgröße X beschreibt die Differenz der größeren Zahl minus der kleineren Zahl der beiden Glücksräder. Gib alle Werte an, die die Zufallsgröße X annehmen kann.

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

Zufallsgröße X012
zugehörige
Ereignisse
1 - 1
2 - 2
3 - 3
1 - 2
2 - 1
2 - 3
3 - 2
1 - 3
3 - 1

Zufallsgröße WS-Verteilung

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 gleiche Glücksräder wie rechts in der Abbildung werden gleichzeitig gedreht. Die Zufallsgröße X beschreibt die Summe der Zahlen die bei den beiden Glücksräder erscheinen. Stelle eine Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Zufallsgröße X auf.

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

Zufallsgröße XX = 2X = 3X = 4X = 5X = 6
zugehörige
Ergebnisse
1 → 11 → 2
2 → 1
1 → 3
2 → 2
3 → 1
2 → 3
3 → 2
3 → 3
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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 = 2X = 3X = 4X = 5X = 6
zugehörige
Wahrscheinlichkeit P(X)
1 2 1 2 1 2 1 4
+ 1 4 1 2
1 2 1 4
+ 1 4 1 4
+ 1 4 1 2
1 4 1 4
+ 1 4 1 4
1 4 1 4
  = 1 4 1 8 + 1 8 1 8 + 1 16 + 1 8 1 16 + 1 16 1 16



Hiermit ergibt sich die gesuchte Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Zufallsgröße X:

Zufallsgröße X23456
P(X=k) 1 4 1 4 5 16 1 8 1 16

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

Beispiel:

In einer Urne sind vier Kugeln, die mit der Zahl 1 beschriftet sind und vier 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 = 1X = 6X = 36
zugehörige
Ergebnisse
1 → 11 → 6
6 → 1
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 = 1X = 6X = 36
zugehörige
Wahrscheinlichkeit P(X)
1 2 3 7 1 2 4 7
+ 1 2 4 7
1 2 3 7
  = 3 14 2 7 + 2 7 3 14



Hiermit ergibt sich die gesuchte Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Zufallsgröße X:

Zufallsgröße X1636
P(X=k) 3 14 4 7 3 14

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

Beispiel:

Eine Lehrerin sammelt die Hausaufgaben von einigen Schülern ein, um zu kontrollieren, ob diese auch ordentlich gemacht wurden. Aus Zeitgründen möchte sie aber nicht alle, sondern nur ein paar wenige einsammeln, welche durch ein Losverfahren ausgewählt werden. Aus (der unbegründeten) Angst ungerecht behandelt zu werden, bestehen die 3 Jungs darauf, dass unbedingt immer eine Hausaufgabe eines der 21 Mädchen der Klasse eingesammelt wird. Deswegen wird solange gelost, bis das erste Mädchen gezogen wird.Die Zufallsgröße X beschreibt dabei die Anzahl der nach diesem Verfahren einsammelten Hausaufgaben. Stelle eine Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Zufallsgröße X auf.
(Denk daran, die Brüche vollständig zu kürzen!)

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Da ja nur 3 Hausaufgaben vom Typ 'Jungs' vorhanden sind, muss spätestens im 4-ten Versuch (wenn dann alle Hausaufgaben vom Typ 'Jungs' bereits gezogen und damit weg sind) eine Hausaufgabe vom Typ 'Mädchen' gezogen werden.

Das heißt die Zufallsgröße X kann nur Werte zwischen 1 und 4 annehmen.

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

Zufallsgröße X1234
P(X=k) 7 8 21 184 21 2024 1 2024

Zufallsgröße rückwärts

Beispiel:

In einer Urne sind 15 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 die Summe 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 X678111216
P(X=k) 4 25 ???? 1 9

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Für X=6 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=6) = p1 ⋅ p1 (siehe Baumdiagramm).

Aus der Tabelle können wir aber P(X=6) = 4 25 heraus lesen, also muss gelten:

p1 ⋅ p1 = (p1)2 = 4 25 und somit p1 = 2 5 .

Ebenso gibt es für X=16 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=16) = p3 ⋅ p3 (siehe Baumdiagramm).

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Aus der Tabelle können wir aber P(X=16) = 1 9 heraus lesen, also muss gelten:

p3 ⋅ p3 = (p3)2 = 1 9 und somit p3 = 1 3 .

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

p2 = 1 - p1 - p3 = 1 - 2 5 - 1 3 = 15 15 - 6 15 - 5 15 = 4 15

Um nun noch die jeweilige Anzahl der Kugeln mit gleicher Zahl zu ermittlen, müssen wir einfach die Wahrscheinlichkeit mit 15 multiplizieren, weil ja für die Wahrscheinlichkeit für eine der n Kugeln mit einer bestimmten Zahl gilt: p = n 15

Somit erhalten wir:

n3 = 2 5 ⋅ 15 = 6

n4 = 4 15 ⋅ 15 = 4

n8 = 1 3 ⋅ 15 = 5

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 8 20 100
Zufallsgröße xi 2 8 20 100
P(X=xi) 4 8 2 8 1 8 1 8
xi ⋅ P(X=xi) 1 2 5 2 25 2

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 2⋅ 4 8 + 8⋅ 2 8 + 20⋅ 1 8 + 100⋅ 1 8

= 1+ 2+ 5 2 + 25 2
= 36 2
= 18

Einsatz für faires Spiel bestimmen

Beispiel:

Ein Spieler darf aus einer Urne mit 4 blauen, 3 roten, 8 grünen und 5 weißen Kugeln eine Kugel ziehen. Erwischt er eine blaue, so erhält er 25€. Bei rot erhält er 20€ und bei grün erhält er 5€. Welchen Betrag muss er bei weiß erhalten damit das Spiel fair ist, wenn der Einsatz 12€ beträgt ?

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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 blau rot grün weiß
Zufallsgröße xi 25 20 5 x
Zufallsgröße yi (Gewinn) 13 8 -7 x-12
P(X=xi) 4 20 3 20 8 20 5 20
xi ⋅ P(X=xi) 5 3 2 5 20 ⋅ x
yi ⋅ P(Y=yi) 13 5 6 5 - 14 5 5 20 ⋅(x-12)

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

4 20 · 25 + 3 20 · 20 + 8 20 · 5 + 5 20 x = 12

5 +3 +2 + 5 20 x = 12

5 +3 +2 + 1 4 x = 12
1 4 x +10 = 12 |⋅ 4
4( 1 4 x +10 ) = 48
x +40 = 48 | -40
x = 8

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

E(Y) = 0

4 20 · 13 + 3 20 · 8 + 8 20 · ( -7 ) + 5 20 ( x -12 ) = 0

13 5 + 6 5 - 14 5 + 1 4 · x + 1 4 · ( -12 ) = 0

13 5 + 6 5 - 14 5 + 1 4 · x + 1 4 · ( -12 ) = 0
13 5 + 6 5 - 14 5 + 1 4 x -3 = 0
1 4 x -2 = 0 |⋅ 4
4( 1 4 x -2 ) = 0
x -8 = 0 | +8
x = 8

In beiden Fällen ist also der gesuchte Betrag: 8

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 10€ betragen• Der minimale Auszahlungsbetrag soll 7€ sein• Der maximale Auszahlungsbetrag soll soll 41€ 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) 7 41
Y Gewinn (Ausz. - Einsatz) -3 31
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) 7 41
Y Gewinn (Ausz. - Einsatz) -3 31
P(X) = P(Y) 1 3 1 31
Y ⋅ P(Y) -1 1

Die bisherigen Optionen vereinen eine Wahrscheinlichkeit von 1 3 + 1 31 = 34 93
Als Restwahrscheinlichkeit für die verbleibenden Beträge bleibt nun also 1- 34 93 = 59 93 .
Diese wird auf die beiden verbleibenden Optionen verteilt:

  Feld1 Feld2 Feld3 Feld4
X (z.B. Auszahlung) 7 41
Y Gewinn (Ausz. - Einsatz) -3 31
P(X) = P(Y) 1 3 59 186 59 186 1 31
Y ⋅ P(Y) -1 1

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 3 2 ) setzt.

  Feld1 Feld2 Feld3 Feld4
X (z.B. Auszahlung) 7 8.5 11.5 41
Y Gewinn (Ausz. - Einsatz) -3 -1.5 1.5 31
P(X) = P(Y) 1 3 59 186 59 186 1 31
Winkel 120° 114.19° 114.19° 11.61°
Y ⋅ P(Y) -1 - 59 124 59 124 1

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

E(Y)= -3⋅ 1 3 + -1.5⋅ 59 186 + 1.5⋅ 59 186 + 31⋅ 1 31

= -1 - 59 124 + 59 124 + 1
= - 124 124 - 59 124 + 59 124 + 124 124
= 0 124
= 0

Erwartungswerte bei 'Ziehen bis erstmals ...'

Beispiel:

In einer Urne sind 12 rote und 2 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: 6 7

Die Wahrscheinlichkeit für ein 'rot' im 2-ten Versuch st: 12 91

Die Wahrscheinlichkeit für ein 'rot' im 3-ten Versuch st: 1 91

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

Erwartungswert der Zufallsgröße X

Ereignis 1 2 3
Zufallsgröße xi 1 2 3
P(X=xi) 6 7 12 91 1 91
xi ⋅ P(X=xi) 6 7 24 91 3 91

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 1⋅ 6 7 + 2⋅ 12 91 + 3⋅ 1 91

= 6 7 + 24 91 + 3 91
= 78 91 + 24 91 + 3 91
= 105 91
= 15 13

1.15

Erwartungswerte mit gesuchten Anzahlen im WS-Baum

Beispiel:

Auf einen Schüleraustausch bewerben sich 18 Mädchen und 10 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 68 273
Mädchen -> Mädchen -> Jungs 85 546
Mädchen -> Jungs -> Mädchen 85 546
Mädchen -> Jungs -> Jungs 15 182
Jungs -> Mädchen -> Mädchen 85 546
Jungs -> Mädchen -> Jungs 15 182
Jungs -> Jungs -> Mädchen 15 182
Jungs -> Jungs -> Jungs 10 273

Die Wahrscheinlichkeit für 0 mal 'Mädchen' ist: 10 273

Die Wahrscheinlichkeit für 1 mal 'Mädchen' ist: 15 182 + 15 182 + 15 182 = 45 182

Die Wahrscheinlichkeit für 2 mal 'Mädchen' ist: 85 546 + 85 546 + 85 546 = 85 182

Die Wahrscheinlichkeit für 3 mal 'Mädchen' ist: 68 273

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) 10 273 45 182 85 182 68 273
xi ⋅ P(X=xi) 0 45 182 85 91 68 91

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅ 10 273 + 1⋅ 45 182 + 2⋅ 85 182 + 3⋅ 68 273

= 0+ 45 182 + 85 91 + 68 91
= 0 182 + 45 182 + 170 182 + 136 182
= 351 182
= 27 14

1.93

Erwartungswerte mit best. Optionen im WS-Baum

Beispiel:

In einem Stapel Karten mit 8 Asse, 5 Könige, 3 Damen und 4 Buben werden 2 Karten gezogen. Dabei zählen 2 Asse 500, 2 Könige 300, 2 Damen 140 und 2 Buben 60 Punkte. Außerdem gibt es für ein Paar aus Dame und König 40 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 14 95
As -> König 2 19
As -> Dame 6 95
As -> Bube 8 95
König -> As 2 19
König -> König 1 19
König -> Dame 3 76
König -> Bube 1 19
Dame -> As 6 95
Dame -> König 3 76
Dame -> Dame 3 190
Dame -> Bube 3 95
Bube -> As 8 95
Bube -> König 1 19
Bube -> Dame 3 95
Bube -> Bube 3 95

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Asse' ist:

P('As'-'As')
= 14 95

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Könige' ist:

P('König'-'König')
= 1 19

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Damen' ist:

P('Dame'-'Dame')
= 3 190

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Buben' ist:

P('Bube'-'Bube')
= 3 95

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

P('König'-'Dame') + P('Dame'-'König')
= 3 76 + 3 76 = 3 38

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 500 300 140 60 40
P(X=xi) 14 95 1 19 3 190 3 95 3 38
xi ⋅ P(X=xi) 1400 19 300 19 42 19 36 19 60 19

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 500⋅ 14 95 + 300⋅ 1 19 + 140⋅ 3 190 + 60⋅ 3 95 + 40⋅ 3 38

= 1400 19 + 300 19 + 42 19 + 36 19 + 60 19
= 1838 19

96.74