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Zufallsgröße (ohne Wahrscheinlichkeit)

Beispiel:

In einer Urne sind zwei Kugeln, die mit der Zahl 4 beschriftet sind und drei Kugeln, die mit der Zahl 6 beschriftet sind. Es werden zwei Kugeln mit Zurücklegen gezogen.Die Zufallsgröße X beschreibt das Produkt der Zahlen der beiden gezogenen Kugeln. Gib alle Werte an, die die Zufallsgröße X annehmen kann.

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

Zufallsgröße X162436
zugehörige
Ereignisse
4 - 44 - 6
6 - 4
6 - 6

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 Differenz der größeren Zahl minus der kleineren Zahl (bzw. der beiden gleichgroßen Zahlen) der beiden Glücksräder. Stelle eine Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Zufallsgröße X auf.

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

Zufallsgröße XX = 0X = 1X = 2
zugehörige
Ergebnisse
1 → 1
2 → 2
3 → 3
1 → 2
2 → 1
2 → 3
3 → 2
1 → 3
3 → 1
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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 = 0X = 1X = 2
zugehörige
Wahrscheinlichkeit P(X)
1 2 1 2
+ 3 8 3 8
+ 1 8 1 8
1 2 3 8
+ 3 8 1 2
+ 3 8 1 8
+ 1 8 3 8
1 2 1 8
+ 1 8 1 2
  = 1 4 + 9 64 + 1 64 3 16 + 3 16 + 3 64 + 3 64 1 16 + 1 16



Hiermit ergibt sich die gesuchte Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Zufallsgröße X:

Zufallsgröße X012
P(X=k) 13 32 15 32 1 8

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

Beispiel:

In einer Urne sind zwei Kugeln, die mit der Zahl 5 beschriftet sind und sechs 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 = 25X = 30X = 36
zugehörige
Ergebnisse
5 → 55 → 6
6 → 5
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 = 25X = 30X = 36
zugehörige
Wahrscheinlichkeit P(X)
1 4 1 7 1 4 6 7
+ 3 4 2 7
3 4 5 7
  = 1 28 3 14 + 3 14 15 28



Hiermit ergibt sich die gesuchte Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Zufallsgröße X:

Zufallsgröße X253036
P(X=k) 1 28 3 7 15 28

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 2 Jungs darauf, dass unbedingt immer eine Hausaufgabe eines der 24 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 2 Hausaufgaben vom Typ 'Jungs' vorhanden sind, muss spätestens im 3-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 3 annehmen.

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

Zufallsgröße X123
P(X=k) 12 13 24 325 1 325

Zufallsgröße rückwärts

Beispiel:

In einer Urne sind 20 Kugeln, die mit verschiedenen Zahlen beschriftet sind. Dabei gibt es nur die Zahlen 3, 6 und 9 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 X69121518
P(X=k) 4 25 ??? 1 16

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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=18 nur das Ereignis: '9'-'9', also dass zwei mal hintereinander '9' kommt.

Wenn p3 die Wahrscheinlichkeit von '9' ist, dann muss also für die Wahrscheinlichkeit, dass zwei mal hintereinander '9' kommt, gelten: P(X=18) = p3 ⋅ p3 (siehe Baumdiagramm).

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Aus der Tabelle können wir aber P(X=18) = 1 16 heraus lesen, also muss gelten:

p3 ⋅ p3 = (p3)2 = 1 16 und somit p3 = 1 4 .

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

p2 = 1 - p1 - p3 = 1 - 2 5 - 1 4 = 20 20 - 8 20 - 5 20 = 7 20

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 = 2 5 ⋅ 20 = 8

n6 = 7 20 ⋅ 20 = 7

n9 = 1 4 ⋅ 20 = 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 3 8 12 25
Zufallsgröße xi 3 8 12 25
P(X=xi) 3 8 3 8 1 8 1 8
xi ⋅ P(X=xi) 9 8 3 3 2 25 8

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 3⋅ 3 8 + 8⋅ 3 8 + 12⋅ 1 8 + 25⋅ 1 8

= 9 8 + 3+ 3 2 + 25 8
= 9 8 + 24 8 + 12 8 + 25 8
= 70 8
= 35 4

8.75

Einsatz für faires Spiel bestimmen

Beispiel:

Ein Spieler darf aus einer Urne mit 6 blauen, 3 roten, 6 grünen und 5 weißen Kugeln eine Kugel ziehen. Erwischt er eine blaue, so erhält er 10€. Bei rot erhält er 40€ und bei grün erhält er 20€. Welchen Betrag muss er bei weiß erhalten damit das Spiel fair ist, wenn der Einsatz 18€ 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 10 40 20 x
Zufallsgröße yi (Gewinn) -8 22 2 x-18
P(X=xi) 6 20 3 20 6 20 5 20
xi ⋅ P(X=xi) 3 6 6 5 20 ⋅ x
yi ⋅ P(Y=yi) - 12 5 33 10 3 5 5 20 ⋅(x-18)

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) = 18

6 20 · 10 + 3 20 · 40 + 6 20 · 20 + 5 20 x = 18

3 +6 +6 + 5 20 x = 18

3 +6 +6 + 1 4 x = 18
1 4 x +15 = 18 |⋅ 4
4( 1 4 x +15 ) = 72
x +60 = 72 | -60
x = 12

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

E(Y) = 0

6 20 · ( -8 ) + 3 20 · 22 + 6 20 · 2 + 5 20 ( x -18 ) = 0

- 12 5 + 33 10 + 3 5 + 1 4 · x + 1 4 · ( -18 ) = 0

- 12 5 + 33 10 + 3 5 + 1 4 · x + 1 4 · ( -18 ) = 0
- 12 5 + 33 10 + 3 5 + 1 4 x - 9 2 = 0
1 4 x -3 = 0 |⋅ 4
4( 1 4 x -3 ) = 0
x -12 = 0 | +12
x = 12

In beiden Fällen ist also der gesuchte Betrag: 12

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 8€ betragen• Der minimale Auszahlungsbetrag soll 2€ sein• Der maximale Auszahlungsbetrag soll soll 15€ 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) 2 15
Y Gewinn (Ausz. - Einsatz) -6 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) 2 15
Y Gewinn (Ausz. - Einsatz) -6 7
P(X) = P(Y) 1 6 1 7
Y ⋅ P(Y) -1 1

Die bisherigen Optionen vereinen eine Wahrscheinlichkeit von 1 6 + 1 7 = 13 42
Als Restwahrscheinlichkeit für die verbleibenden Beträge bleibt nun also 1- 13 42 = 29 42 .
Diese wird auf die beiden verbleibenden Optionen verteilt:

  Feld1 Feld2 Feld3 Feld4
X (z.B. Auszahlung) 2 15
Y Gewinn (Ausz. - Einsatz) -6 7
P(X) = P(Y) 1 6 29 84 29 84 1 7
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) setzt.

  Feld1 Feld2 Feld3 Feld4
X (z.B. Auszahlung) 2 5 11 15
Y Gewinn (Ausz. - Einsatz) -6 -3 3 7
P(X) = P(Y) 1 6 29 84 29 84 1 7
Winkel 60° 124.29° 124.29° 51.43°
Y ⋅ P(Y) -1 - 29 28 29 28 1

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

E(Y)= -6⋅ 1 6 + -3⋅ 29 84 + 3⋅ 29 84 + 7⋅ 1 7

= -1 - 29 28 + 29 28 + 1
= - 28 28 - 29 28 + 29 28 + 28 28
= 0 28
= 0

Erwartungswerte bei 'Ziehen bis erstmals ...'

Beispiel:

Aus einem Kartenstapel mit 8 Karten der Farbe Herz und 4 weiteren Karten soll solange eine Karte gezogen werden, bis eine Herz-Karte erscheint. Bestimme den Erwartungswert für die Anzahl der Ziehungen, bis das erste Herz erscheint.
(Denk daran, den Bruch vollständig zu kürzen!)

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Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Ausgänge

Die Wahrscheinlichkeit für ein 'Herz' im 1-ten Versuch st: 2 3

Die Wahrscheinlichkeit für ein 'Herz' im 2-ten Versuch st: 8 33

Die Wahrscheinlichkeit für ein 'Herz' im 3-ten Versuch st: 4 55

Die Wahrscheinlichkeit für ein 'Herz' im 4-ten Versuch st: 8 495

Die Wahrscheinlichkeit für ein 'Herz' im 5-ten Versuch st: 1 495

Die Zufallsgröße X beschreibt die Anzahl der Ziehungen. bis das erste Herz gekommen ist.

Erwartungswert der Zufallsgröße X

Ereignis 1 2 3 4 5
Zufallsgröße xi 1 2 3 4 5
P(X=xi) 2 3 8 33 4 55 8 495 1 495
xi ⋅ P(X=xi) 2 3 16 33 12 55 32 495 1 99

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 1⋅ 2 3 + 2⋅ 8 33 + 3⋅ 4 55 + 4⋅ 8 495 + 5⋅ 1 495

= 2 3 + 16 33 + 12 55 + 32 495 + 1 99
= 330 495 + 240 495 + 108 495 + 32 495 + 5 495
= 715 495
= 13 9

1.44

Erwartungswerte mit gesuchten Anzahlen im WS-Baum

Beispiel:

Ein Spieler darf aus einer Urne mit 6 blauen und 4 roten Kugeln 3 Kugeln ohne zurücklegen ziehen. Zieht er dabei 3 blaue Kugeln, so erhält er 64€, bei 2 blauen bekommt er noch 16€, bei einer 8€. Ist gar keine blaue Kugel dabei, erhält er 0€. Welchen Gewinn kann er erwarten?
(Denk daran, den Bruch vollständig zu kürzen!)

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Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Ausgänge

EreignisP
blau -> blau -> blau 1 6
blau -> blau -> rot 1 6
blau -> rot -> blau 1 6
blau -> rot -> rot 1 10
rot -> blau -> blau 1 6
rot -> blau -> rot 1 10
rot -> rot -> blau 1 10
rot -> rot -> rot 1 30

Die Wahrscheinlichkeit für 0 mal 'blau' ist: 1 30

Die Wahrscheinlichkeit für 1 mal 'blau' ist: 1 10 + 1 10 + 1 10 = 3 10

Die Wahrscheinlichkeit für 2 mal 'blau' ist: 1 6 + 1 6 + 1 6 = 1 2

Die Wahrscheinlichkeit für 3 mal 'blau' ist: 1 6

Die Zufallsgröße X beschreibt den ausbezahlten Euro-Betrag.

Erwartungswert der Zufallsgröße X

Ereignis 0 1 2 3
Zufallsgröße xi 0 8 16 64
P(X=xi) 1 30 3 10 1 2 1 6
xi ⋅ P(X=xi) 0 12 5 8 32 3

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅ 1 30 + 8⋅ 3 10 + 16⋅ 1 2 + 64⋅ 1 6

= 0+ 12 5 + 8+ 32 3
= 0 15 + 36 15 + 120 15 + 160 15
= 316 15

21.07

Erwartungswerte mit best. Optionen im WS-Baum

Beispiel:

In einem Stapel Karten mit 7 Asse, 8 Könige, 4 Damen und 5 Buben werden 2 Karten gezogen. Dabei zählen 2 Asse 500, 2 Könige 400, 2 Damen 240 und 2 Buben 70 Punkte. Außerdem gibt es für ein Paar aus Dame und König 25 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 7 92
As -> König 7 69
As -> Dame 7 138
As -> Bube 35 552
König -> As 7 69
König -> König 7 69
König -> Dame 4 69
König -> Bube 5 69
Dame -> As 7 138
Dame -> König 4 69
Dame -> Dame 1 46
Dame -> Bube 5 138
Bube -> As 35 552
Bube -> König 5 69
Bube -> Dame 5 138
Bube -> Bube 5 138

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Asse' ist:

P('As'-'As')
= 7 92

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Könige' ist:

P('König'-'König')
= 7 69

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Damen' ist:

P('Dame'-'Dame')
= 1 46

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Buben' ist:

P('Bube'-'Bube')
= 5 138

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

P('König'-'Dame') + P('Dame'-'König')
= 4 69 + 4 69 = 8 69

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 500 400 240 70 25
P(X=xi) 7 92 7 69 1 46 5 138 8 69
xi ⋅ P(X=xi) 875 23 2800 69 120 23 175 69 200 69

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 500⋅ 7 92 + 400⋅ 7 69 + 240⋅ 1 46 + 70⋅ 5 138 + 25⋅ 8 69

= 875 23 + 2800 69 + 120 23 + 175 69 + 200 69
= 2625 69 + 2800 69 + 360 69 + 175 69 + 200 69
= 6160 69

89.28