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Zufallsexperiment und Ergebnis

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Entscheide bei den folgenden Vorgängen, ob es sich um ein Zufallsexperiment im mathematischen Sinne handelt. Begründe deine Antwort kurz mit den Merkmalen eines Zufallsexperiments. a) Das Erhitzen von reinem Wasser auf \(100\,^\circ\text{C}\) unter Normalbedingungen, um zu sehen, ob es siedet. b) Das Werfen eines herkömmlichen Spielwürfels. c) Das Ziehen einer Kugel aus einer blickdichten Urne, in der sich fünf nummerierte Kugeln befinden. d) Die Berechnung des Umfangs eines Kreises mit dem Radius \(r = 3\,\text{cm}\).

Denkanstöße

- Überlege dir, ob das Ergebnis eines Versuchs jedes Mal anders ausfallen könnte, auch wenn man ihn genau gleich wiederholt. - Welche Rolle spielt die Vorhersehbarkeit bei einem echten Zufallsexperiment? - Unterscheide zwischen Naturgesetzen oder mathematischen Regeln und Ereignissen mit ungewissem Ausgang.

Lösung

1. Ein Zufallsexperiment muss unter gleichen Bedingungen wiederholbar sein, das Ergebnis darf nicht vorhersagbar sein und die möglichen Ergebnisse müssen bekannt sein. 2. Teilaufgabe a): Kein Zufallsexperiment. Unter gleichen physikalischen Bedingungen ist das Ergebnis (Sieden bei \(100\,^\circ\text{C}\)) sicher vorhersagbar. 3. Teilaufgabe b): Zufallsexperiment. Der Ausgang ist ungewiss, alle möglichen Augenzahlen \(\{1; 2; 3; 4; 5; 6\}\) sind bekannt und der Wurf ist beliebig oft wiederholbar. 4. Teilaufgabe c): Zufallsexperiment. Man weiß vorab nicht, welche Nummer gezogen wird, auch wenn man die möglichen Nummern kennt. 5. Teilaufgabe d): Kein Zufallsexperiment. Das Ergebnis ist durch die Formel \(U = 2 \cdot \pi \cdot r\) eindeutig festgelegt und nicht vom Zufall abhängig.

Antwort

a) Kein Zufallsexperiment (Ergebnis ist physikalisch festgelegt). b) Zufallsexperiment (Ausgang ungewiss). c) Zufallsexperiment (Ausgang ungewiss). d) Kein Zufallsexperiment (Ergebnis ist mathematisch eindeutig bestimmt).
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Stell dir vor, in deiner Klasse wird ein Klassensprecher gewählt. Jede Schülerin und jeder Schüler hat genau eine Stimme. Untersuche, ob die Durchführung dieser Wahl ein Zufallsexperiment im strengen mathematischen Sinne ist. Gehe dabei besonders auf die Bedingung der „Wiederholbarkeit unter gleichen Bedingungen“ ein. Vergleiche dies mit dem Ziehen eines Namens aus einer Lostrommel, in der alle Namen der Klasse liegen.

Denkanstöße

- Was bedeutet es, wenn ein Experiment „unter gleichen Bedingungen“ wiederholt wird? - Haben die Personen bei einer Wahl jedes Mal die exakt gleiche Entscheidungsgrundlage wie beim ersten Mal? - Überlege, was den Unterschied zwischen einer bewussten Entscheidung und einem mechanischen Zufallsprozess ausmacht.

Lösung

1. Ein mathematisches Zufallsexperiment setzt voraus, dass es unter exakt gleichen Bedingungen beliebig oft wiederholbar ist. 2. Bei einer Wahl entscheiden Menschen individuell. Eine Wiederholung der Wahl am nächsten Tag findet nicht unter exakt gleichen Bedingungen statt, da sich Meinungen, Absprachen oder die Stimmung in der Klasse geändert haben können. Das Ergebnis ist also nicht nur vom Zufall, sondern von psychologischen und sozialen Faktoren abhängig. 3. Im Gegensatz dazu ist das Ziehen eines Namens aus einer Lostrommel (bei gutem Mischen) ein klassisches Zufallsexperiment. Hier sind die physikalischen Bedingungen bei jeder Ziehung gleich und jeder Name hat die gleiche Chance, gezogen zu werden, ohne dass persönliche Entscheidungen den Prozess während der Durchführung beeinflussen. 4. Fazit: Eine Wahl ist im Alltag zwar „ungewiss“, erfüllt aber nicht die strengen Kriterien der mathematischen Wiederholbarkeit unter identischen Bedingungen.

Antwort

Die Klassensprecherwahl ist kein Zufallsexperiment im strengen mathematischen Sinne, da sie nicht unter exakt gleichen Bedingungen beliebig oft wiederholbar ist (Meinungsbildung ist kein Zufallsprozess). Das Ziehen aus einer Lostrommel hingegen ist ein Zufallsexperiment, da der physikalische Prozess des Ziehens stets unter den gleichen Voraussetzungen stattfindet und das Ergebnis rein zufällig ist.

Alle Aufgaben dürfen für Schule und Nachhilfe (auch im Rahmen bezahlter Nachhilfe) kostenlos genutzt, kopiert und ausgedruckt werden. Nicht gestattet sind kommerzielle Bearbeitungen sowie die Veröffentlichung oder Weiterverbreitung im Internet.