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Stellen Sie aus rund 20.000 Matheaufgaben Ihre eigenen Arbeitsblätter zusammen, von der 3. bis zur 13. Klasse. Alle Aufgaben enthalten Lösungsschritte.

Additionssatz für Wahrscheinlichkeiten (inkl. Begründung)

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4147559
Ein Elektronikhersteller prüft seine produzierten Tablets auf zwei Arten von Fehlern: Pixelfehler am Display und Mängel am Gehäuse. Bei einer Stichprobe von \(2\,500\) Geräten wurden folgende Ergebnisse festgestellt: - \(35\) Tablets haben Pixelfehler. - \(20\) Tablets haben Gehäusemängel. - \(8\) Tablets weisen beide Mängel gleichzeitig auf. Bestimme die Wahrscheinlichkeit dafür, dass ein zufällig ausgewähltes Tablet aus dieser Stichprobe mindestens einen der beiden Mängel hat.

Denkanstöße

- Was bedeutet es für die Berechnung, wenn ein Gerät beide Fehler gleichzeitig hat? - Wie hängen die Mengen der einzelnen Fehler und die Menge der Geräte mit mindestens einem Fehler zusammen? - Überlege, ob du die Geräte, die beide Fehler haben, doppelt gezählt hast.

Lösung

1. Definition der Ereignisse: \(A\): Tablet hat Pixelfehler, \(B\): Tablet hat Gehäusemängel. 2. Gegebene Werte: \(|A| = 35\), \(|B| = 20\), \(|A \cap B| = 8\), Gesamtzahl \(N = 2\,500\). 3. Anwendung des Additionssatzes für die Anzahl der mangelhaften Geräte: \(|A \cup B| = |A| + |B| - |A \cap B|\). 4. Berechnung: \(|A \cup B| = 35 + 20 - 8 = 47\). 5. Berechnung der Wahrscheinlichkeit: \(P(A \cup B) = \frac{47}{2\,500} = 0{,}0188\).

Antwort

Die Wahrscheinlichkeit beträgt \(\frac{47}{2\,500}\) (oder \(1{,}88\,\%\)).
4147679
In einer Jahrgangsstufe mit \(120\) Jugendlichen wurde eine Umfrage zu ihren Freizeitaktivitäten durchgeführt. Dabei ergaben sich folgende Ergebnisse: - \(65\) Jugendliche gaben an, regelmäßig zu lesen (\(L\)). - \(48\) Jugendliche gaben an, regelmäßig Sport zu treiben (\(S\)). - \(25\) Jugendliche gaben an, weder regelmäßig zu lesen noch regelmäßig Sport zu treiben. a) Bestimme die Anzahl der Jugendlichen, die sowohl regelmäßig lesen als auch regelmäßig Sport treiben. b) Erstelle eine vollständige Vierfeldertafel mit den absoluten Häufigkeiten für diese Situation. c) Ein Jugendlicher wird zufällig für ein Interview ausgewählt. Mit welcher Wahrscheinlichkeit liest dieser Jugendliche zwar regelmäßig, treibt aber nicht regelmäßig Sport?

Denkanstöße

- Kannst du bestimmen, wie viele Jugendliche insgesamt mindestens eines der beiden Hobbys haben? - Wie hängen die Gesamtzahl der Leser, die Gesamtzahl der Sportler und die Anzahl derer, die beides tun, zusammen? - Was bedeutet das Wort „weder ... noch“ für die Verteilung in einer Tabelle? - Überlege dir, welches Feld in der Tabelle genau die Jugendlichen beschreibt, die zwar regelmäßig lesen, aber nicht regelmäßig Sport treiben.

Lösung

1. Bestimmung der Anzahl der Jugendlichen, die mindestens eine der Tätigkeiten ausüben: Von den \(120\) Jugendlichen fallen \(25\) weg, also \(120 - 25 = 95\). Es gilt somit \(|L \cup S| = 95\). 2. Berechnung der Schnittmenge (Jugendliche, die beides tun) mit der Formel für die Mächtigkeit von Mengen: \(|L \cap S| = |L| + |S| - |L \cup S| = 65 + 48 - 95 = 18\). 3. Erstellung der Vierfeldertafel: <table> <tr><td></td><td>\(L\)</td><td>\(\bar{L}\)</td><td>Summe</td></tr> <tr><td>\(S\)</td><td>\(18\)</td><td>\(30\)</td><td>\(48\)</td></tr> <tr><td>\(\bar{S}\)</td><td>\(47\)</td><td>\(25\)</td><td>\(72\)</td></tr> <tr><td>Summe</td><td>\(65\)</td><td>\(55\)</td><td>\(120\)</td></tr> </table> 4. Berechnung der Wahrscheinlichkeit für \(L \cap \bar{S}\): Aus der Tabelle entnimmt man \(47\) Jugendliche, die regelmäßig lesen, aber nicht regelmäßig Sport treiben. Die Wahrscheinlichkeit beträgt \(P(L \cap \bar{S}) = \frac{47}{120} \approx 0{,}392\).

Antwort

a) Es sind \(18\) Jugendliche. b) Die Vierfeldertafel enthält die Werte: \(L \cap S = 18\), \(\bar{L} \cap S = 30\), \(L \cap \bar{S} = 47\), \(\bar{L} \cap \bar{S} = 25\). c) Die Wahrscheinlichkeit beträgt \(\frac{47}{120}\).
4147709
Gegeben sind zwei Ereignisse \(A\) und \(B\) mit den Wahrscheinlichkeiten \(P(A) = 0{,}3\) und \(P(B) = 0{,}5\). a) Berechne die Wahrscheinlichkeit für das Eintreten von mindestens einem der beiden Ereignisse, also \(P(A \cup B)\), unter der Voraussetzung, dass \(A\) und \(B\) unvereinbar sind. b) Angenommen, die Wahrscheinlichkeit für das Eintreten von mindestens einem der beiden Ereignisse beträgt \(P(A \cup B) = 0{,}7\). Bestimme die Wahrscheinlichkeit für das gleichzeitige Eintreten beider Ereignisse, \(P(A \cap B)\). c) Begründe, warum es für die gegebenen Werte von \(P(A)\) und \(P(B)\) nicht möglich ist, dass \(P(A \cup B) = 0{,}9\) gilt.

Denkanstöße

- Überlege, was es für die Berechnung bedeutet, wenn zwei Ereignisse keine gemeinsamen Ergebnisse haben. - Wie hängen die Wahrscheinlichkeiten der Einzelereignisse, ihrer Vereinigung und ihrer Schnittmenge zusammen? - Was ist der größtmögliche Wert, den die Wahrscheinlichkeit einer Vereinigung annehmen kann, wenn die Einzelwahrscheinlichkeiten feststehen?

Lösung

1. Berechnung für unvereinbare Ereignisse: Da \(A \cap B = \emptyset\), gilt der einfache Additionssatz \(P(A \cup B) = P(A) + P(B)\). Einsetzen der Werte ergibt \(0{,}3 + 0{,}5 = 0{,}8\). 2. Berechnung der Schnittmenge: Mit dem allgemeinen Additionssatz \(P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B)\) folgt durch Umstellen \(P(A \cap B) = P(A) + P(B) - P(A \cup B)\). Einsetzen ergibt \(0{,}3 + 0{,}5 - 0{,}7 = 0{,}1\). 3. Begründung der Unmöglichkeit: Die maximale Wahrscheinlichkeit für die Vereinigung \(P(A \cup B)\) wird erreicht, wenn die Ereignisse unvereinbar sind (\(P(A \cap B) = 0\)). In diesem Fall ist \(P(A \cup B) = 0{,}8\). Da \(0{,}9 > 0{,}8\) ist, kann dieser Wert nicht angenommen werden, da sonst \(P(A \cap B)\) negativ sein müsste, was unmöglich ist.

Antwort

a) \(P(A \cup B) = 0{,}8\) b) \(P(A \cap B) = 0{,}1\) c) Der Maximalwert für \(P(A \cup B)\) ist bei Unvereinbarkeit \(0{,}8\). Da \(0{,}9 > 0{,}8\), ist dieser Wert nicht erreichbar.
4147799
Ein Beutel enthält 40 Lose, die von 1 bis 40 durchnummeriert sind. Ein Los wird zufällig gezogen. Bestimme die Wahrscheinlichkeit, dass die gezogene Nummer durch \(4\) oder durch \(10\) teilbar ist, wobei auch Zahlen berücksichtigt werden, die durch beide Zahlen teilbar sind.

Denkanstöße

- Welche Zahlen zwischen 1 und 40 erfüllen die erste Bedingung? - Welche Zahlen erfüllen die zweite Bedingung? - Gibt es Zahlen, die in beiden Listen vorkommen? - Wie oft würdest du diese gemeinsamen Zahlen zählen, wenn du die Listen einfach addierst?

Lösung

1. Bestimmung der Ergebnismenge: Es gibt insgesamt \(|\Omega| = 40\) mögliche Ergebnisse. 2. Ereignis \(A\) (durch 4 teilbar): Die Vielfachen von 4 bis 40 sind \(\{4, 8, 12, 16, 20, 24, 28, 32, 36, 40\}\). Somit ist \(|A| = 10\). 3. Ereignis \(B\) (durch 10 teilbar): Die Vielfachen von 10 bis 40 sind \(\{10, 20, 30, 40\}\). Somit ist \(|B| = 4\). 4. Schnittmenge \(A \cap B\) (durch 4 und 10 teilbar): Dies sind die Vielfachen des kleinsten gemeinsamen Vielfachen von 4 und 10, also von 20. Dies sind \(\{20, 40\}\), also \(|A \cap B| = 2\). 5. Anwendung des Additionssatzes: \(P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B) = \frac{10}{40} + \frac{4}{40} - \frac{2}{40} = \frac{12}{40}\). 6. Kürzen des Ergebnisses: \(\frac{12}{40} = \frac{3}{10} = 0{,}3\).

Antwort

Die Wahrscheinlichkeit beträgt \(\frac{3}{10}\) (oder \(0{,}3\) bzw. \(30\,\%\)).
4147859
In einer Schulklasse wurden die Hobbys der Jugendlichen abgefragt. Dabei gaben \(60\,\%\) an, regelmäßig Sport zu treiben (Ereignis \(S\)). \(50\,\%\) der Jugendlichen spielen ein Instrument (Ereignis \(M\)). Es ist bekannt, dass \(80\,\%\) der Klasse mindestens eine dieser beiden Tätigkeiten ausüben. a) Berechne die Wahrscheinlichkeit dafür, dass ein zufällig ausgewählter Jugendlicher sowohl regelmäßig Sport treibt als auch ein Instrument spielt. b) Bestimme die Wahrscheinlichkeit dafür, dass ein Jugendlicher nicht regelmäßig Sport treibt und kein Instrument spielt.

Denkanstöße

- Was bedeutet die Formulierung „mindestens eines von beiden“ mathematisch für die Verknüpfung der Ereignisse? - Wie hängen die Einzelwahrscheinlichkeiten und die Schnittmenge mit der Vereinigungsmenge zusammen? - Überlege, was das Gegenereignis zu „mindestens eines von beiden“ ist.

Lösung

1. Gegeben sind \(P(S) = 0{,}6\), \(P(M) = 0{,}5\) und die Wahrscheinlichkeit der Vereinigung \(P(S \cup M) = 0{,}8\). 2. Zur Berechnung von \(P(S \cap M)\) wird der Additionssatz verwendet: \(P(S \cup M) = P(S) + P(M) - P(S \cap M)\). 3. Umstellen der Formel ergibt \(P(S \cap M) = P(S) + P(M) - P(S \cup M) = 0{,}6 + 0{,}5 - 0{,}8 = 0{,}3\). 4. Die Wahrscheinlichkeit für „weder noch“ entspricht dem Gegenereignis der Vereinigung: \(P(\bar{S} \cap \bar{M}) = 1 - P(S \cup M)\). 5. Berechnung: \(P(\bar{S} \cap \bar{M}) = 1 - 0{,}8 = 0{,}2\).

Antwort

a) Die Wahrscheinlichkeit beträgt \(0{,}3\) (oder \(30\,\%\)). b) Die Wahrscheinlichkeit beträgt \(0{,}2\) (oder \(20\,\%\)).
4147539
Ein Team aus \(40\) Jugendlichen organisiert ein Schulfest. Davon helfen \(24\) beim Aufbau und \(18\) beim Verkauf am Buffet. Es ist bekannt, dass \(10\) Jugendliche bei beiden Aufgaben mithelfen. a) Erstelle eine Vierfeldertafel für die absoluten Häufigkeiten dieser Situation. b) Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein zufällig ausgewählter Jugendlicher aus dem Team weder beim Aufbau noch beim Verkauf hilft? c) Erkläre kurz, warum die Summe der Helfer beim Aufbau und beim Verkauf (\(24 + 18\)) nicht direkt die Anzahl der Personen ergibt, die bei mindestens einer der beiden Aufgaben mithelfen.

Denkanstöße

- Eine Tabelle kann helfen, den Überblick über die verschiedenen Gruppen (nur Aufbau, nur Verkauf, beides, keine der beiden Aufgaben) zu behalten. - Achte darauf, dass die Randsummen in der Tabelle mit den Werten aus dem Text übereinstimmen. - Was passiert mit Personen, die zwei Aufgaben übernehmen, wenn man die Aufgabenlisten einfach addiert?

Lösung

1. Erstellung der Vierfeldertafel: <table> <tr><td></td><td>Verkauf (\(V\))</td><td>kein Verkauf (\(\bar{V}\))</td><td>Summe</td></tr> <tr><td>Aufbau (\(A\))</td><td>10</td><td>14</td><td>24</td></tr> <tr><td>kein Aufbau (\(\bar{A}\))</td><td>8</td><td>8</td><td>16</td></tr> <tr><td>Summe</td><td>18</td><td>22</td><td>40</td></tr> </table> 2. Bestimmung der Anzahl derer, die weder noch helfen: Aus der Tabelle ergibt sich \(|\bar{A} \cap \bar{V}| = 8\). 3. Berechnung der Wahrscheinlichkeit für b): \(P(\bar{A} \cap \bar{V}) = \frac{8}{40} = 0{,}2\). 4. Erklärung für c): In der Summe \(24 + 18 = 42\) werden die \(10\) Personen, die beides machen, zweifach gezählt. Die Anzahl der Personen, die bei mindestens einer der beiden Aufgaben helfen, ist \(24 + 18 - 10 = 32\).

Antwort

a) Die Tabelle zeigt: \(10\) helfen bei beidem, \(14\) nur Aufbau, \(8\) nur Verkauf, \(8\) helfen bei keiner der beiden Aufgaben. b) Die Wahrscheinlichkeit beträgt \(0{,}2\) (oder \(20\,\%\)). c) Die Personen, die bei beiden Aufgaben helfen, werden in der Summe doppelt gezählt.
4147659
Gegeben ist die folgende Vierfeldertafel für zwei Ereignisse \(A\) und \(B\): <table> <tr><td></td><td>\(B\)</td><td>\(\bar{B}\)</td><td>Gesamt</td></tr> <tr><td>\(A\)</td><td>\(60\)</td><td>\(100\)</td><td>\(160\)</td></tr> <tr><td>\(\bar{A}\)</td><td>\(140\)</td><td>\(100\)</td><td>\(240\)</td></tr> <tr><td>Gesamt</td><td>\(200\)</td><td>\(200\)</td><td>\(400\)</td></tr> </table> Zeige rechnerisch unter Verwendung der Wahrscheinlichkeiten aus der Tabelle, dass der Additionssatz \(P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B)\) erfüllt ist.

Denkanstöße

- Wie berechnet man eine Wahrscheinlichkeit aus einer absoluten Häufigkeit in der Tabelle? - Welche Zahl in der Tabelle steht für die Schnittmenge \(A \cap B\)? - Überlege dir, welche Teilbereiche (Zellen der Tabelle) zur Menge \(A \cup B\) gehören. - Berechne die linke und die rechte Seite der Gleichung getrennt voneinander.

Lösung

1. Bestimmung der Einzelwahrscheinlichkeiten aus der Tabelle (\(N = 400\)): - \(P(A) = \frac{160}{400} = 0{,}4\) - \(P(B) = \frac{200}{400} = 0{,}5\) - \(P(A \cap B) = \frac{60}{400} = 0{,}15\) 2. Berechnung der rechten Seite des Additionssatzes: - \(P(A) + P(B) - P(A \cap B) = 0{,}4 + 0{,}5 - 0{,}15 = 0{,}75\) 3. Berechnung der linken Seite über die günstigen Fälle für \(A \cup B\): - \(|A \cup B| = |A \cap B| + |A \cap \bar{B}| + |\bar{A} \cap B| = 60 + 100 + 140 = 300\) - \(P(A \cup B) = \frac{300}{400} = 0{,}75\) 4. Vergleich: Da \(0{,}75 = 0{,}75\), ist die Gleichung bestätigt.

Antwort

Durch Einsetzen der Werte ergibt sich für beide Seiten der Gleichung der Wert \(0{,}75\). Damit ist der Additionssatz bestätigt.
4147689
An einer Schule werden zwei verschiedene Arbeitsgemeinschaften (AGs) am Nachmittag angeboten: die Theater-AG (\(T\)) und die Informatik-AG (\(I\)). Die Wahrscheinlichkeit, dass ein zufällig ausgewählter Schüler in der Theater-AG ist, beträgt \(P(T) = 0{,}3\). Die Wahrscheinlichkeit, dass er Mitglied in der Informatik-AG ist, liegt bei \(P(I) = 0{,}25\). Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Schüler in mindestens einer der beiden AGs ist, beträgt \(0{,}45\). a) Berechne die Wahrscheinlichkeit, dass ein Schüler in beiden AGs gleichzeitig Mitglied ist. b) Berechne die Wahrscheinlichkeit, dass ein zufällig ausgewählter Schüler in genau einer der beiden AGs Mitglied ist. c) Ein Schüler behauptet: „Da \(0{,}3 + 0{,}25 = 0{,}55\) ist, müssten eigentlich mehr als die Hälfte der Schüler in einer AG sein.“ Erkläre kurz den Denkfehler.

Denkanstöße

- Welche Formel verknüpft die Wahrscheinlichkeiten von zwei Ereignissen und deren Vereinigung? - Was bedeutet „genau eine“ im Vergleich zu „mindestens eine“? - Was passiert mit Schülern, die in beiden Gruppen sind, wenn man einfach die Prozentzahlen der Gruppen zusammenzählt?

Lösung

1. Berechnung der Wahrscheinlichkeit für beide AGs (\(P(T \cap I)\)) mit dem Additionssatz: \(P(T \cup I) = P(T) + P(I) - P(T \cap I)\). Umgestellt ergibt sich \(P(T \cap I) = 0{,}3 + 0{,}25 - 0{,}45 = 0{,}1\). 2. Berechnung der Wahrscheinlichkeit für „genau eine AG“: Dies entspricht der Wahrscheinlichkeit für mindestens eine AG abzüglich der Wahrscheinlichkeit für beide AGs. \(P(\text{genau eine}) = P(T \cup I) - P(T \cap I) = 0{,}45 - 0{,}1 = 0{,}35\). Alternativ: \(P(T \setminus I) + P(I \setminus T) = (0{,}3 - 0{,}1) + (0{,}25 - 0{,}1) = 0{,}2 + 0{,}15 = 0{,}35\). 3. Erklärung des Denkfehlers: Die einfache Addition der Einzelwahrscheinlichkeiten (\(0{,}55\)) vernachlässigt, dass Schüler, die in beiden AGs sind, doppelt gezählt werden. Da die tatsächliche Wahrscheinlichkeit für mindestens eine AG (\(0{,}45\)) kleiner als \(0{,}55\) ist, gibt es Überschneidungen (die \(0{,}1\), die doppelt gezählt wurden).

Antwort

a) Die Wahrscheinlichkeit beträgt \(P(T \cap I) = 0{,}1\). b) Die Wahrscheinlichkeit beträgt \(0{,}35\). c) Der Schüler hat die Schnittmenge doppelt gezählt; man darf Einzelwahrscheinlichkeiten nur addieren, wenn die Ereignisse unvereinbar sind.
4147719
In einer Gruppe von \(100\) Jugendlichen wurden die Freizeitgewohnheiten untersucht. Dabei gaben \(75\) Personen an, regelmäßig soziale Medien zu nutzen (Ereignis \(S\)). \(40\) Personen nutzen regelmäßig Streaming-Dienste (Ereignis \(T\)). Jede der befragten Personen nutzt mindestens einen dieser beiden Dienste. a) Bestimme die absolute Häufigkeit \(H(S \cap T)\) der Jugendlichen, die beide Dienste nutzen. b) Überprüfe die Gültigkeit des Additionssatzes für absolute Häufigkeiten anhand dieser Daten: \(H(S \cup T) = H(S) + H(T) - H(S \cap T)\). c) Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass eine zufällig aus dieser Gruppe ausgewählte Person Streaming-Dienste, aber keine sozialen Medien nutzt?

Denkanstöße

- Was bedeutet die Information, dass jeder Befragte mindestens einen Dienst nutzt, für die Gesamtanzahl der berücksichtigten Personen? - Wie kannst du die Gruppe der Streaming-Nutzer aufteilen, um diejenigen zu finden, die keine sozialen Medien nutzen? - Erinnere dich an den Zusammenhang zwischen absoluter Häufigkeit und Wahrscheinlichkeit bei einer Zufallsauswahl.

Lösung

1. Bestimmung der Schnittmenge: Da jede Person mindestens einen Dienst nutzt, ist die absolute Häufigkeit der Vereinigung gleich der Gesamtzahl, also \(H(S \cup T) = 100\). Aus \(100 = 75 + 40 - H(S \cap T)\) folgt \(H(S \cap T) = 15\). 2. Überprüfung des Additionssatzes: Einsetzen der Werte ergibt \(100 = 75 + 40 - 15\). Da \(115 - 15 = 100\) ist, ist die Gleichung erfüllt. 3. Berechnung der Wahrscheinlichkeit für „nur Streaming“: Die Anzahl der Personen, die nur Streaming nutzen, ist \(H(T) - H(S \cap T) = 40 - 15 = 25\). Die Wahrscheinlichkeit beträgt somit \(P(\text{nur } T) = \frac{25}{100} = 0{,}25\) bzw. \(25\,\%\).

Antwort

a) \(H(S \cap T) = 15\) b) Der Additionssatz ist mit \(100 = 75 + 40 - 15\) korrekt erfüllt. c) Die Wahrscheinlichkeit beträgt \(0{,}25\) (oder \(25\,\%\)).
4147869
Gegeben sind zwei Ereignisse \(A\) und \(B\) eines Zufallsexperiments mit den Wahrscheinlichkeiten \(P(A) = \frac{3}{8}\), \(P(B) = \frac{1}{2}\) und \(P(A \cap B) = \frac{1}{4}\). a) Berechne die Wahrscheinlichkeit \(P(A \cup B)\). b) Bestimme die Wahrscheinlichkeit \(P(\bar{A} \cup B)\). c) Entscheide, ob die Ereignisse \(A\) und \(B\) unvereinbar (disjunkt) sind. Begründe deine Entscheidung.

Denkanstöße

- Erinnere dich an den allgemeinen Additionssatz für beliebige Ereignisse. - Eine Vierfeldertafel kann helfen, die Wahrscheinlichkeiten von verknüpften Ereignissen mit Komplementen zu bestimmen. - Wann nennt man zwei Ereignisse in der Wahrscheinlichkeitsrechnung „unvereinbar“?

Lösung

1. Berechnung von \(P(A \cup B)\) mit dem Additionssatz: \(P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B) = \frac{3}{8} + \frac{4}{8} - \frac{2}{8} = \frac{5}{8}\). 2. Berechnung von \(P(\bar{A} \cup B)\): Es gilt \(P(\bar{A} \cup B) = 1 - P(A \cap \bar{B})\). 3. Zuerst \(P(A \cap \bar{B}) = P(A) - P(A \cap B) = \frac{3}{8} - \frac{2}{8} = \frac{1}{8}\). 4. Dann \(P(\bar{A} \cup B) = 1 - \frac{1}{8} = \frac{7}{8}\). 5. Alternativer Weg für b): \(P(\bar{A} \cup B) = P(\bar{A}) + P(B) - P(\bar{A} \cap B) = \frac{5}{8} + \frac{4}{8} - \frac{2}{8} = \frac{7}{8}\), wobei \(P(\bar{A} \cap B) = P(B) - P(A \cap B) = \frac{4}{8} - \frac{2}{8} = \frac{2}{8}\). 6. Prüfung auf Unvereinbarkeit: Ereignisse sind unvereinbar, wenn \(P(A \cap B) = 0\). Da \(P(A \cap B) = \frac{1}{4} \neq 0\), sind sie vereinbar (nicht disjunkt).

Antwort

a) \(P(A \cup B) = \frac{5}{8}\). b) \(P(\bar{A} \cup B) = \frac{7}{8}\). c) Die Ereignisse sind nicht unvereinbar, da \(P(A \cap B) = \frac{1}{4} \neq 0\) gilt.
4147909
Ein Glücksrad mit den Zahlen 1 bis 12 wird einmal gedreht. Alle Zahlen sind gleich wahrscheinlich. Betrachte die folgenden Ereignisse: \(A\): „Die Zahl ist ein Vielfaches von 3.“ \(B\): „Die Zahl ist größer als 7.“ a) Gib die Ergebnismengen für \(A\), \(B\), \(A \cap B\) und \(A \cup B\) in Mengenschreibweise an. b) Bestimme die Wahrscheinlichkeiten \(P(A)\), \(P(B)\) und \(P(A \cap B)\) und zeige durch Rechnung, dass der Additionssatz \(P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B)\) für dieses Beispiel erfüllt ist.

Denkanstöße

- Schreibe dir zuerst alle Zahlen von 1 bis 12 auf und markiere diejenigen, die zu den jeweiligen Ereignissen gehören. - Achte darauf, welche Zahlen in beiden Ereignissen gleichzeitig vorkommen. - Wie viele Zahlen sind insgesamt in der Liste für „A oder B“, wenn du keine Zahl doppelt zählst?

Lösung

1. Ergebnismengen aufstellen: \(A = \{3; 6; 9; 12\}\), \(B = \{8; 9; 10; 11; 12\}\). 2. Schnittmenge bestimmen: \(A \cap B = \{9; 12\}\). 3. Vereinigungsmenge bestimmen: \(A \cup B = \{3; 6; 8; 9; 10; 11; 12\}\). 4. Wahrscheinlichkeiten berechnen (Anzahl günstiger durch Anzahl möglicher Ergebnisse, \(n=12\)): \(P(A) = \frac{4}{12}\), \(P(B) = \frac{5}{12}\), \(P(A \cap B) = \frac{2}{12}\). 5. Wahrscheinlichkeit der Vereinigung direkt bestimmen: \(P(A \cup B) = \frac{7}{12}\). 6. Überprüfung des Additionssatzes: \(\frac{4}{12} + \frac{5}{12} - \frac{2}{12} = \frac{7}{12}\). Die Gleichung ist erfüllt.

Antwort

a) \(A = \{3; 6; 9; 12\}\), \(B = \{8; 9; 10; 11; 12\}\), \(A \cap B = \{9; 12\}\), \(A \cup B = \{3; 6; 8; 9; 10; 11; 12\}\). b) \(P(A) = \frac{4}{12}\), \(P(B) = \frac{5}{12}\), \(P(A \cap B) = \frac{2}{12}\). Rechnung: \(\frac{4}{12} + \frac{5}{12} - \frac{2}{12} = \frac{7}{12} = P(A \cup B)\).
4152169
Für zwei Ereignisse \(A\) und \(B\) sind folgende Wahrscheinlichkeiten bekannt: \(P(A) = 0{,}35\), \(P(B) = 0{,}55\) und \(P(A \cap B) = 0{,}15\). a) Bestimme die Wahrscheinlichkeit \(P(A \cup B)\), dass mindestens eines der Ereignisse eintritt. b) Bestimme die Wahrscheinlichkeit \(P(\bar{A} \cap \bar{B})\), dass keines der beiden Ereignisse eintritt. c) Jemand behauptet: „Die Wahrscheinlichkeit, dass \(B\) eintritt, während \(A\) nicht eintritt, ist größer als die Wahrscheinlichkeit, dass \(A\) eintritt, während \(B\) nicht eintritt.“ Überprüfe diese Aussage rechnerisch.

Denkanstöße

- Erinnere dich an die Formel, die die Wahrscheinlichkeiten von \(A\), \(B\), deren Schnittmenge und deren Vereinigung verbindet. - Welchen Zusammenhang gibt es zwischen „mindestens eines“ und „keines von beiden“? - Wie berechnet man den Anteil eines Kreises im Venn-Diagramm, der nicht vom anderen Kreis überlappt wird?

Lösung

1. Berechnung von \(P(A \cup B)\) mit der Additionsregel: \(P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B) = 0{,}35 + 0{,}55 - 0{,}15 = 0{,}75\) 2. Berechnung von \(P(\bar{A} \cap \bar{B})\) über das Gegenereignis: \(P(\bar{A} \cap \bar{B}) = 1 - P(A \cup B) = 1 - 0{,}75 = 0{,}25\) 3. Berechnung der Teilwahrscheinlichkeiten für den Vergleich: - Wahrscheinlichkeit für \(B\) ohne \(A\): \(P(\bar{A} \cap B) = P(B) - P(A \cap B) = 0{,}55 - 0{,}15 = 0{,}40\) - Wahrscheinlichkeit für \(A\) ohne \(B\): \(P(A \cap \bar{B}) = P(A) - P(A \cap B) = 0{,}35 - 0{,}15 = 0{,}20\) 4. Vergleich: \(0{,}40 > 0{,}20\), also ist die Aussage wahr.

Antwort

a) \(P(A \cup B) = 0{,}75\) b) \(P(\bar{A} \cap \bar{B}) = 0{,}25\) c) Die Aussage ist wahr, da \(P(\bar{A} \cap B) = 0{,}40\) und \(P(A \cap \bar{B}) = 0{,}20\).
4153659
Unter allen dreistelligen natürlichen Zahlen wird eine Zahl zufällig ausgewählt. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass diese Zahl durch \(25\) oder durch \(40\) teilbar ist?

Denkanstöße

- Wie viele dreistellige Zahlen gibt es insgesamt? Denke daran, dass die 100 die erste und die 999 die letzte ist. - Wie findet man die kleinste und größte durch 25 teilbare dreistellige Zahl? - Welches ist das kleinste gemeinsame Vielfache von 25 und 40? - Warum darf man die Schnittmenge nicht doppelt zählen?

Lösung

1. Bestimmung der Gesamtzahl dreistelliger Zahlen: Von \(100\) bis \(999\) gibt es \(999 - 100 + 1 = 900\) Zahlen. 2. Ereignis \(A\) (durch \(25\) teilbar): Die kleinste Zahl ist \(100\) (\(4 \cdot 25\)), die größte \(975\) (\(39 \cdot 25\)). Anzahl: \(39 - 4 + 1 = 36\). 3. Ereignis \(B\) (durch \(40\) teilbar): Die kleinste Zahl ist \(120\) (\(3 \cdot 40\)), die größte \(960\) (\(24 \cdot 40\)). Anzahl: \(24 - 3 + 1 = 22\). 4. Schnittmenge \(A \cap B\): Zahlen müssen durch \(kgV(25, 40) = 200\) teilbar sein. Dies sind \(\{200, 400, 600, 800\}\). Anzahl: \(4\). 5. Additionssatz: \(P(A \cup B) = \frac{36}{900} + \frac{22}{900} - \frac{4}{900} = \frac{54}{900}\). 6. Ergebnis berechnen: \(\frac{54}{900} = \frac{6}{100} = 0{,}06\).

Antwort

Die Wahrscheinlichkeit beträgt \(0{,}06\) (oder \(6\,\%\)).
4147549
In einer Kleinstadt lesen \(60\,\%\) der Haushalte die Tageszeitung A und \(50\,\%\) die Tageszeitung B. Man weiß aus einer Statistik, dass \(20\,\%\) der Haushalte keine der beiden Zeitungen lesen. Untersuche rechnerisch, ob es unter diesen Bedingungen möglich ist, dass genau \(40\,\%\) der Haushalte beide Zeitungen lesen. Begründe dein Ergebnis unter Verwendung des Additionssatzes für Wahrscheinlichkeiten.

Denkanstöße

- Wie viel Prozent der Haushalte lesen insgesamt mindestens eine Zeitung? - Nutze die Formel für die Wahrscheinlichkeit der Vereinigung zweier Ereignisse. - Kannst du aus den gegebenen Werten berechnen, wie groß der Anteil der Haushalte sein muss, die beide Zeitungen lesen?

Lösung

1. Gegebene Wahrscheinlichkeiten: \(P(A) = 0{,}6\), \(P(B) = 0{,}5\), \(P(\text{keine}) = 0{,}2\). 2. Berechnung der Wahrscheinlichkeit, dass mindestens eine Zeitung gelesen wird: \(P(A \cup B) = 1 - P(\text{keine}) = 1 - 0{,}2 = 0{,}8\). 3. Anwendung des Additionssatzes: \(P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B)\). 4. Einsetzen und nach der Schnittmenge auflösen: \(0{,}8 = 0{,}6 + 0{,}5 - P(A \cap B)\). 5. \(0{,}8 = 1{,}1 - P(A \cap B) \implies P(A \cap B) = 1{,}1 - 0{,}8 = 0{,}3\). 6. Vergleich: Da \(P(A \cap B) = 0{,}3\) (also \(30\,\%\)) sein muss, ist die Behauptung von \(40\,\%\) falsch.

Antwort

Nein, das ist nicht möglich. Unter den gegebenen Bedingungen müssen genau \(30\,\%\) der Haushalte beide Zeitungen lesen, da \(P(A \cap B) = P(A) + P(B) - P(A \cup B) = 0{,}6 + 0{,}5 - 0{,}8 = 0{,}3\) gilt.
4147699
Gegeben sind zwei Ereignisse \(A\) und \(B\) eines Zufallsexperiments. Es ist bekannt, dass die Wahrscheinlichkeiten \(P(A) = 0{,}75\) und \(P(B) = 0{,}4\) betragen. a) Begründe mathematisch, warum die Ereignisse \(A\) und \(B\) nicht unvereinbar sein können. b) Bestimme den kleinstmöglichen Wert von \(P(A \cap B)\). c) Angenommen, das Ereignis \(B\) ist eine Teilmenge des Ereignisses \(A\) (das heißt, wann immer \(B\) eintritt, tritt auch \(A\) ein). Bestimme für diesen Fall die Wahrscheinlichkeiten \(P(A \cap B)\) und \(P(A \cup B)\).

Denkanstöße

- Was ist der maximale Wert, den eine Wahrscheinlichkeit für ein kombiniertes Ereignis (wie die Vereinigung) annehmen kann? - Nutze den Additionssatz \(P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B)\) und überlege, was passiert, wenn man für die linke Seite den größtmöglichen Wert einsetzt. - Wenn ein Kreis in einem Diagramm komplett innerhalb eines anderen Kreises liegt, was ist dann ihre gemeinsame Fläche?

Lösung

1. Begründung zur Unvereinbarkeit: Wären \(A\) und \(B\) unvereinbar, müsste \(P(A \cup B) = P(A) + P(B)\) gelten. Hier wäre \(0{,}75 + 0{,}4 = 1{,}15\). Da eine Wahrscheinlichkeit niemals größer als \(1\) sein kann, muss es eine Schnittmenge geben (\(P(A \cap B) > 0\)). 2. Bestimmung des Minimums von \(P(A \cap B)\): Da \(P(A \cup B) \le 1\) gilt und \(P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B)\), folgt \(P(A \cap B) \ge P(A) + P(B) - 1\). Einsetzen ergibt \(0{,}75 + 0{,}4 - 1 = 0{,}15\). Der kleinstmögliche Wert ist \(0{,}15\). 3. Fall \(B \subset A\): Wenn \(B\) eine Teilmenge von \(A\) ist, dann ist das gemeinsame Eintreten \(A \cap B\) identisch mit dem Eintreten von \(B\). Somit gilt \(P(A \cap B) = P(B) = 0{,}4\). Die Vereinigung \(A \cup B\) ist in diesem Fall identisch mit \(A\), also \(P(A \cup B) = P(A) = 0{,}75\).

Antwort

a) Da \(P(A) + P(B) = 1{,}15 > 1\) ist, muss es eine Schnittmenge geben, damit die Gesamtwahrscheinlichkeit \(1\) nicht überschreitet. b) Der kleinstmögliche Wert ist \(P(A \cap B) = 0{,}15\). c) In diesem Fall ist \(P(A \cap B) = 0{,}4\) und \(P(A \cup B) = 0{,}75\).
4147729
Beurteile die folgenden mathematischen Aussagen im Kontext von Zufallsexperimenten auf ihre Richtigkeit und begründe deine Entscheidung kurz. a) Wenn für zwei Ereignisse \(A\) und \(B\) gilt, dass \(P(A) + P(B) > 1\), dann können sie niemals unvereinbar sein. b) Wenn zwei Ereignisse \(A\) und \(B\) disjunkt sind und gemeinsam die gesamte Ergebnismenge bilden, also \(A \cap B = \emptyset\) und \(A \cup B = \Omega\) gilt, dann ist \(B\) das Gegenereignis zu \(A\). c) Für zwei beliebige Ereignisse \(A\) und \(B\) gilt in einer Stichprobe stets die Ungleichung \(H(A \cup B) \le H(A) + H(B)\).

Denkanstöße

- Denke an die grundlegenden Axiome der Wahrscheinlichkeit: Was ist der maximale Wert einer Wahrscheinlichkeit? - Was sind die zwei Bedingungen, damit eine Menge von Ereignissen eine „Zerlegung“ des gesamten Raums darstellt? - Betrachte die Formel für die Vereinigung und überlege, was passiert, wenn man einen Teil (die Schnittmenge) weglässt.

Lösung

1. Analyse Aussage a: Die Aussage ist wahr. Bei unvereinbaren Ereignissen gilt \(P(A \cup B) = P(A) + P(B)\). Da eine Wahrscheinlichkeit niemals größer als \(1\) sein kann, müsste bei \(P(A) + P(B) > 1\) auch \(P(A \cup B) > 1\) gelten, was ein Widerspruch ist. Folglich muss \(P(A \cap B) > 0\) sein. 2. Analyse Aussage b: Die Aussage ist wahr. Eine Zerlegung von \(\Omega\) erfordert, dass die Mengen disjunkt sind (\(A \cap B = \emptyset\)) und ihre Vereinigung die gesamte Ergebnismenge ergibt (\(A \cup B = \Omega\)). Dies entspricht genau der Definition eines Ereignisses und seines Gegenereignisses \(\overline{A}\). 3. Analyse Aussage c: Die Aussage ist wahr. Für die absoluten Häufigkeiten in einer Stichprobe gilt nach dem Additionssatz \(H(A \cup B) = H(A) + H(B) - H(A \cap B)\). Da absolute Häufigkeiten nicht negativ sein können (\(H(A \cap B) \ge 0\)), ist die Summe der Einzelhäufigkeiten immer mindestens so groß wie die Häufigkeit der Vereinigung.

Antwort

a) Wahr, da sonst \(P(A \cup B) > 1\) wäre, was unmöglich ist. b) Wahr, da eine Zerlegung Disjunktheit und Vollständigkeit (\(A \cup B = \Omega\)) verlangt. c) Wahr, da \(H(A \cup B) = H(A) + H(B) - H(A \cap B)\) und \(H(A \cap B) \ge 0\).
4147819
Aus einem gut gemischten Skatspiel mit 32 Karten wird eine Karte zufällig gezogen. a) Berechne die Wahrscheinlichkeit, dass es sich um eine Herzkarte (\(H\)) oder um eine Bildkarte (\(B\); Bube, Dame, König) handelt. b) Begründe, warum die einfache Rechnung \(P(H) + P(B)\) hier zu einem falschen Ergebnis führt.

Denkanstöße

- Wie viele Herzkarten gibt es in einem Spiel mit 32 Karten? - Wie viele Buben, Damen und Könige gibt es insgesamt? - Gibt es Karten, die du in beiden Gruppen gezählt hast? - Was passiert mit der Gesamtsumme, wenn bestimmte Elemente mehrfach gezählt werden?

Lösung

1. Grundgesamtheit: Ein Skatspiel hat \(|\Omega| = 32\) Karten. 2. Wahrscheinlichkeit Herzkarte: Es gibt 4 Farben mit je 8 Karten. \(|H| = 8\), also \(P(H) = \frac{8}{32}\). 3. Wahrscheinlichkeit Bildkarte: Es gibt pro Farbe 3 Bilder (Bube, Dame, König). Bei 4 Farben sind das \(4 \cdot 3 = 12\) Karten. \(|B| = 12\), also \(P(B) = \frac{12}{32}\). 4. Schnittmenge bestimmen: Es gibt Karten, die sowohl Herz als auch Bild sind (Herz-Bube, Herz-Dame, Herz-König). Das sind \(|H \cap B| = 3\) Karten. 5. Additionssatz anwenden: \(P(H \cup B) = \frac{8}{32} + \frac{12}{32} - \frac{3}{32} = \frac{17}{32}\). 6. Begründung für b): Die einfache Addition \(P(H) + P(B)\) zählt die Karten, die zu beiden Kategorien gehören (die Herz-Bilder), doppelt. Um die korrekte Wahrscheinlichkeit zu erhalten, muss die Schnittmenge einmal subtrahiert werden.

Antwort

a) Die Wahrscheinlichkeit beträgt \(\frac{17}{32}\). b) Die einfache Addition ist falsch, da die Herz-Bildkarten (Herz-Bube, Herz-Dame, Herz-König) in beiden Mengen enthalten sind und somit doppelt gezählt würden.
4153669
Aus den natürlichen Zahlen von \(1\) bis \(100\) (einschließlich) wird eine Zahl zufällig bestimmt. Bestimme die Wahrscheinlichkeit, dass die gewählte Zahl weder durch \(4\) noch durch \(6\) teilbar ist.

Denkanstöße

- Kannst du zuerst die Wahrscheinlichkeit berechnen, dass die Zahl durch mindestens eine der beiden Zahlen teilbar ist? - Was ist das kleinste gemeinsame Vielfache von 4 und 6? - Wie hängen das gesuchte Ereignis und das Ereignis „durch 4 oder 6 teilbar“ zusammen? - Vergiss nicht, die Zahlen abzuziehen, die in beiden Gruppen vorkommen, bevor du das Gegenereignis bildest.

Lösung

1. Grundraum: \(n = 100\). 2. Ereignis \(A\) (durch \(4\) teilbar): \(100 : 4 = 25\) Zahlen. 3. Ereignis \(B\) (durch \(6\) teilbar): Das größte Vielfache von \(6\) bis \(100\) ist \(96 = 16 \cdot 6\). Es gibt also \(16\) solche Zahlen. 4. Schnittmenge \(A \cap B\) (durch \(kgV(4, 6) = 12\) teilbar): Das größte Vielfache von \(12\) bis \(100\) ist \(96 = 8 \cdot 12\). Es gibt also \(8\) solche Zahlen. 5. Wahrscheinlichkeit für „durch 4 oder 6 teilbar“: \(P(A \cup B) = \frac{25 + 16 - 8}{100} = \frac{33}{100} = 0{,}33\). 6. Berechnung des Gegenereignisses („weder noch“): \(P(\text{weder } A \text{ noch } B) = 1 - P(A \cup B) = 1 - 0{,}33 = 0{,}67\).

Antwort

Die Wahrscheinlichkeit beträgt \(0{,}67\) (oder \(67\,\%\)).

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