Aimathic
Login | English | Deutsch

Kostenlose Arbeitsblätter

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

Axiome der Wahrscheinlichkeit

Klicken Sie auf Aufgaben, um sie zum Drucken auszuwählen.

42716312
Ein fünfseitiger Kreisel mit den Flächen \(S_1\), \(S_2\), \(S_3\), \(S_4\) und \(S_5\) wird gedreht. Aufgrund der Bauweise des Kreisels sind die Wahrscheinlichkeiten für die einzelnen Flächen nicht gleich groß. Es wird ein Wahrscheinlichkeitsmodell erstellt, bei dem sich die Wahrscheinlichkeiten der Flächen wie \(2 : 1 : 4 : 2 : 3\) verhalten. a) Berechne die Wahrscheinlichkeiten \(P(S_1)\) bis \(P(S_5)\). b) Gegeben sind die Ereignisse \(A = \{S_1; S_2; S_3\}\) und \(B = \{S_3; S_4; S_5\}\). Bestimme die Wahrscheinlichkeiten \(P(A)\), \(P(B)\), \(P(A \cap B)\) und \(P(A \cup B)\).

Denkanstöße

- Stelle dir vor, die Gesamtwahrscheinlichkeit von 1 wird in eine bestimmte Anzahl gleicher Teile zerlegt. - Wie viele dieser Teile entfallen auf jedes Ergebnis, wenn du das gegebene Verhältnis betrachtest? - Überlege dir, welche Ergebnisse gleichzeitig in beiden Ereignissen vorkommen. - Was bedeutet es für die Wahrscheinlichkeit der Vereinigung, wenn alle möglichen Ergebnisse abgedeckt sind?

Lösung

1. Bestimmung der Gesamtzahl der Anteile aus dem Verhältnis \(2 : 1 : 4 : 2 : 3\): \(2 + 1 + 4 + 2 + 3 = 12\). 2. Berechnung der Einzelwahrscheinlichkeiten durch Division der Anteile durch die Gesamtzahl: \(P(S_1) = \frac{2}{12} = \frac{1}{6}\) \(P(S_2) = \frac{1}{12}\) \(P(S_3) = \frac{4}{12} = \frac{1}{3}\) \(P(S_4) = \frac{2}{12} = \frac{1}{6}\) \(P(S_5) = \frac{3}{12} = \frac{1}{4}\) 3. Berechnung der Wahrscheinlichkeiten für die Ereignisse durch Summation der Elementarereignisse: \(P(A) = P(S_1) + P(S_2) + P(S_3) = \frac{2+1+4}{12} = \frac{7}{12}\) \(P(B) = P(S_3) + P(S_4) + P(S_5) = \frac{4+2+3}{12} = \frac{9}{12} = \frac{3}{4}\) 4. Schnittmenge \(A \cap B = \{S_3\}\): \(P(A \cap B) = P(S_3) = \frac{4}{12} = \frac{1}{3}\). 5. Vereinigungsmenge \(A \cup B = \{S_1; S_2; S_3; S_4; S_5\}\): \(P(A \cup B) = \frac{2+1+4+2+3}{12} = 1\).

Antwort

a) \(P(S_1) = \frac{1}{6}\), \(P(S_2) = \frac{1}{12}\), \(P(S_3) = \frac{1}{3}\), \(P(S_4) = \frac{1}{6}\), \(P(S_5) = \frac{1}{4}\) b) \(P(A) = \frac{7}{12}\), \(P(B) = \frac{3}{4}\), \(P(A \cap B) = \frac{1}{3}\), \(P(A \cup B) = 1\)
42716712
Ein Zufallsexperiment besitzt den Ergebnisraum \(\Omega = \{x_1, x_2, x_3, x_4\}\). Die Wahrscheinlichkeiten der Ergebnisse \(x_1\) und \(x_2\) sind bekannt: \(P(x_1) = 0{,}12\) und \(P(x_2) = 0{,}28\). Zudem ist das Ergebnis \(x_3\) genau dreimal so wahrscheinlich wie das Ergebnis \(x_4\). Bestimme die Wahrscheinlichkeiten der Ergebnisse \(x_3\) und \(x_4\) sowie die Wahrscheinlichkeit des Ereignisses \(E = \{x_1, x_3\}\).

Denkanstöße

- Was weißt du über die Summe aller Wahrscheinlichkeiten in einem Ergebnisraum? - Kannst du die Beziehung zwischen den beiden unbekannten Ergebnissen mathematisch ausdrücken? - Wie berechnet man die Wahrscheinlichkeit eines Ereignisses, wenn die Wahrscheinlichkeiten der einzelnen Ergebnisse bekannt sind?

Lösung

1. Aufstellen der Summenbedingung für die Wahrscheinlichkeiten: \(P(x_1) + P(x_2) + P(x_3) + P(x_4) = 1\). 2. Einsetzen der bekannten Werte und der Relation \(P(x_3) = 3 \cdot P(x_4)\): \(0{,}12 + 0{,}28 + 3 \cdot P(x_4) + P(x_4) = 1\). 3. Zusammenfassen und Lösen nach \(P(x_4)\): \(0{,}40 + 4 \cdot P(x_4) = 1 \Rightarrow 4 \cdot P(x_4) = 0{,}60 \Rightarrow P(x_4) = 0{,}15\). 4. Berechnung von \(P(x_3)\): \(P(x_3) = 3 \cdot 0{,}15 = 0{,}45\). 5. Berechnung der Wahrscheinlichkeit des Ereignisses \(E\): \(P(E) = P(x_1) + P(x_3) = 0{,}12 + 0{,}45 = 0{,}57\).

Antwort

Die Wahrscheinlichkeiten sind \(P(x_3) = 0{,}45\) und \(P(x_4) = 0{,}15\). Die Wahrscheinlichkeit des Ereignisses \(E\) beträgt \(P(E) = 0{,}57\).
42717312
In der klassischen Wahrscheinlichkeitstheorie nach Laplace wird bei einem Experiment mit \(n\) gleich wahrscheinlichen Ergebnissen die Wahrscheinlichkeit eines Ereignisses \(A\) durch den Quotienten \(P(A) = \frac{|A|}{n}\) definiert. Damit diese Definition mathematisch konsistent ist, muss sie die Axiome von Kolmogorow erfüllen. Weise allgemein nach, dass dieser Laplace-Ansatz für einen endlichen Ergebnisraum \(\Omega\) mit \(|\Omega| = n\) die folgenden drei Axiome erfüllt: 1. Nichtnegativität: \(P(A) \ge 0\) für jedes Ereignis \(A \subseteq \Omega\). 2. Normierung: \(P(\Omega) = 1\). 3. Additivität: Für zwei unvereinbare Ereignisse \(A, B \subseteq \Omega\) gilt \(P(A \cup B) = P(A) + P(B)\).

Denkanstöße

- Überlege dir, welche Werte die Anzahl der Elemente einer Teilmenge \(|A|\) im Vergleich zur Gesamtmenge \(n\) annehmen kann. - Was passiert mit der Anzahl der günstigen Ergebnisse, wenn du das sichere Ereignis \(\Omega\) betrachtest? - Wenn zwei Mengen keine gemeinsamen Elemente haben, wie berechnet man dann die Anzahl der Elemente in ihrer Vereinigung?

Lösung

1. Nichtnegativität: Da die Mächtigkeit einer Menge \(|A|\) stets eine natürliche Zahl oder Null ist (\(|A| \in \{0, 1, \dots, n\}\)) und die Gesamtzahl der Ergebnisse \(n > 0\) ist, folgt für den Quotienten unmittelbar \(P(A) = \frac{|A|}{n} \ge 0\). 2. Normierung: Setzt man für das Ereignis den gesamten Ergebnisraum ein (\(A = \Omega\)), so gilt \(|A| = n\). Daraus ergibt sich \(P(\Omega) = \frac{n}{n} = 1\). 3. Additivität: Sind \(A\) und \(B\) unvereinbar (\(A \cap B = \emptyset\)), so enthält die Vereinigungsmenge genau die Summe der Elemente der Einzelmengen, also \(|A \cup B| = |A| + |B|\). Einsetzen in die Laplace-Formel liefert \(P(A \cup B) = \frac{|A| + |B|}{n} = \frac{|A|}{n} + \frac{|B|}{n} = P(A) + P(B)\).

Antwort

Die Laplace-Wahrscheinlichkeit erfüllt die Axiome, da: 1. \(|A| \ge 0 \implies \frac{|A|}{n} \ge 0\). 2. \(|\Omega| = n \implies \frac{n}{n} = 1\). 3. \(|A \cup B| = |A| + |B|\) für disjunkte Mengen direkt zur Summe der Brüche führt.
42718012
In der Stochastik werden verschiedene Ansätze zur Bestimmung von Wahrscheinlichkeiten genutzt. a) Ein fairer sechsseitiger Würfel wird geworfen. Welcher Wahrscheinlichkeitsbegriff wird üblicherweise verwendet, um die Wahrscheinlichkeit für das Ereignis \(A\): „Die Augenzahl ist eine Primzahl“ zu berechnen? Bestimme diesen Wert. b) Ein gezinkter sechsseitiger Würfel hat die Ergebnismenge \(\Omega = \{1, 2, 3, 4, 5, 6\}\). Die Wahrscheinlichkeit, eine \(6\) zu würfeln, ist genau dreimal so groß wie die Wahrscheinlichkeit für jede der anderen Augenzahlen. Bestimme die Wahrscheinlichkeitsverteilung \(P(\{k\})\) für alle \(k \in \Omega\) unter Anwendung der Kolmogorow-Axiome.

Denkanstöße

- Wann darf man davon ausgehen, dass alle Ergebnisse die gleiche Wahrscheinlichkeit haben? - Erinnere dich an die Definition von Primzahlen, um die Menge \(A\) zu bestimmen. - Wenn eine Wahrscheinlichkeit ein Vielfaches einer anderen ist, kannst du eine Variable (z. B. \(x\)) verwenden, um die Beziehungen auszudrücken. - Welches Axiom hilft dir dabei, den Wert der Variablen \(x\) eindeutig zu berechnen?

Lösung

a) Es wird die Laplace-Definition verwendet, da bei einem fairen Würfel alle Ergebnisse als gleich wahrscheinlich angenommen werden (Symmetrieprinzip). Die Primzahlen im Wurf sind \(\{2, 3, 5\}\). Es gilt \(P(A) = \frac{|A|}{|\Omega|} = \frac{3}{6} = 0{,}5\). b) Sei \(x\) die Wahrscheinlichkeit für ein Ergebnis \(k \in \{1, 2, 3, 4, 5\}\). Dann gilt \(P(\{1\}) = P(\{2\}) = P(\{3\}) = P(\{4\}) = P(\{5\}) = x\) und \(P(\{6\}) = 3x\). Nach dem Normiertheitsaxiom muss die Summe aller Wahrscheinlichkeiten der Elementarereignisse \(1\) ergeben: \(x + x + x + x + x + 3x = 1\). Dies führt zu \(8x = 1\), also \(x = 0{,}125\). Daraus ergeben sich die Wahrscheinlichkeiten: \(P(\{1\}) = P(\{2\}) = P(\{3\}) = P(\{4\}) = P(\{5\}) = 0{,}125\) und \(P(\{6\}) = 3 \cdot 0{,}125 = 0{,}375\). Das Axiom der Nichtnegativität ist erfüllt, da alle Werte größer als null sind.

Antwort

a) Laplace-Definition; \(P(A) = 0{,}5\). b) Die Wahrscheinlichkeiten der Elementarereignisse lauten: \(P(\{1\}) = P(\{2\}) = P(\{3\}) = P(\{4\}) = P(\{5\}) = 0{,}125\) und \(P(\{6\}) = 0{,}375\).
42718512
Die Ereignisse \(A\), \(B\), \(C\) und \(D\) bilden eine Zerlegung der Ergebnismenge \(\Omega\). Es ist bekannt, dass \(P(A) = 0{,}15\) und \(P(B) = 2 \cdot P(A)\) gilt. Zudem ist die Wahrscheinlichkeit für das Ereignis \(C\) um \(0{,}1\) größer als die für das Ereignis \(D\). a) Bestimme die Wahrscheinlichkeiten \(P(B)\), \(P(C)\) und \(P(D)\). b) Gib die Wahrscheinlichkeiten \(P(A \cup B \cup C)\) und \(P(B \cap D)\) an.

Denkanstöße

- Was bedeutet es für die Summe der Wahrscheinlichkeiten, wenn Ereignisse eine Zerlegung des gesamten Ergebnisraums bilden? - Wie kannst du die Information über den Zusammenhang zwischen zwei Wahrscheinlichkeiten mathematisch ausdrücken? - Überlege dir, wie groß die Wahrscheinlichkeit für das gleichzeitige Eintreten zweier Ereignisse ist, die sich gegenseitig ausschließen. - Kannst du eine Gleichung aufstellen, in der nur noch eine unbekannte Wahrscheinlichkeit vorkommt?

Lösung

1. Berechnung von \(P(B)\) über den gegebenen Faktor: \(P(B) = 2 \cdot 0{,}15 = 0{,}3\). 2. Aufstellen der Summenbedingung für eine Zerlegung: \(P(A) + P(B) + P(C) + P(D) = 1\). 3. Einsetzen der bekannten Werte und der Beziehung \(P(C) = P(D) + 0{,}1\): \(0{,}15 + 0{,}3 + (P(D) + 0{,}1) + P(D) = 1\). 4. Zusammenfassen und Lösen der linearen Gleichung: \(0{,}55 + 2 \cdot P(D) = 1 \Rightarrow 2 \cdot P(D) = 0{,}45 \Rightarrow P(D) = 0{,}225\). 5. Berechnung von \(P(C)\): \(P(C) = 0{,}225 + 0{,}1 = 0{,}325\). 6. Berechnung der Wahrscheinlichkeit der Vereinigung disjunkter Ereignisse: \(P(A \cup B \cup C) = P(A) + P(B) + P(C) = 0{,}15 + 0{,}3 + 0{,}325 = 0{,}775\). 7. Bestimmung des Schnitts: Da die Ereignisse eine Zerlegung bilden, sind sie paarweise disjunkt, woraus \(P(B \cap D) = 0\) folgt.

Antwort

a) \(P(B) = 0{,}3\); \(P(C) = 0{,}325\); \(P(D) = 0{,}225\) b) \(P(A \cup B \cup C) = 0{,}775\); \(P(B \cap D) = 0\)
42718712
In der Stochastik wird die Wahrscheinlichkeit des Komplementärereignisses (Gegenereignisses) \(\bar{A}\) über die Formel \(P(\bar{A}) = 1 - P(A)\) berechnet. Leite diesen Zusammenhang formal aus den Axiomen von Kolmogorow her.

Denkanstöße

- Was weißt du über die Schnittmenge und die Vereinigungsmenge von \(A\) und seinem Gegenereignis \(\bar{A}\)? - Welches Axiom verknüpft die Wahrscheinlichkeit einer Vereinigung mit den Einzelwahrscheinlichkeiten, wenn die Mengen keine gemeinsamen Elemente haben? - Welchen festen Wert hat die Wahrscheinlichkeit des gesamten Ergebnisraums \(\Omega\) gemäß den Axiomen?

Lösung

1. Feststellen der mengentheoretischen Beziehungen: Das Ereignis \(A\) und sein Gegenereignis \(\bar{A}\) sind unvereinbar (\(A \cap \bar{A} = \emptyset\)) und ihre Vereinigung ergibt den gesamten Ergebnisraum (\(A \cup \bar{A} = \Omega\)). 2. Anwendung von Axiom 3 (Additivität): Da \(A\) und \(\bar{A}\) unvereinbar sind, gilt \(P(A \cup \bar{A}) = P(A) + P(\bar{A})\). 3. Anwendung von Axiom 2 (Normiertheit): Für den Ergebnisraum \(\Omega\), also das sichere Ereignis, gilt \(P(\Omega) = 1\). 4. Verknüpfung der Ergebnisse: Da \(A \cup \bar{A} = \Omega\), folgt \(P(A \cup \bar{A}) = P(\Omega) = 1\). 5. Abschluss der Herleitung: Durch Gleichsetzen erhält man \(P(A) + P(\bar{A}) = 1\), was umgeformt \(P(\bar{A}) = 1 - P(A)\) ergibt.

Antwort

Die Herleitung erfolgt durch die Kombination von Axiom 3 (Additivität für die unvereinbaren Mengen \(A\) und \(\bar{A}\)) und Axiom 2 (Normiertheit von \(\Omega\)): Da \(A \cup \bar{A} = \Omega\) und \(A \cap \bar{A} = \emptyset\), gilt \(P(A) + P(\bar{A}) = P(\Omega) = 1\), woraus \(P(\bar{A}) = 1 - P(A)\) folgt.
43084812
Für zwei beliebige Ereignisse \(A\) und \(B\) eines Zufallsexperiments gilt stets die Beziehung: \(P(A) \le P(A \cup B) \le P(A) + P(B)\) 1. Begründe die linke Ungleichung \(P(A) \le P(A \cup B)\) mithilfe der Definition der Vereinigungsmenge und den Axiomen von Kolmogorow. 2. Erkläre, unter welcher mengentheoretischen Bedingung die rechte Gleichheit \(P(A \cup B) = P(A) + P(B)\) eintritt. 3. Zeige, dass die rechte Ungleichung \(P(A \cup B) \le P(A) + P(B)\) unmittelbar aus dem allgemeinen Additionssatz für Wahrscheinlichkeiten folgt.

Denkanstöße

- Erinnere dich an die Beziehung zwischen einer Menge und ihrer Vereinigung mit einer anderen Menge. - Welche grundlegende Eigenschaft müssen Ereignisse haben, damit man ihre Wahrscheinlichkeiten einfach addieren darf? - Wie lautet die Formel für \(P(A \cup B)\), wenn die Ereignisse nicht disjunkt sind? - Welches Vorzeichen hat die Wahrscheinlichkeit eines Schnittereignisses immer?

Lösung

1. Nach der Definition der Vereinigung gilt \(A \subseteq (A \cup B)\). Es gilt die disjunkte Zerlegung \(A \cup B = A \mathbin{\dot\cup} (B \setminus A)\). Nach Additivität und Nichtnegativität ist \(P(A \cup B) = P(A) + P(B \setminus A) \ge P(A)\). 2. Die Gleichheit \(P(A \cup B) = P(A) + P(B)\) ist insbesondere dann erfüllt, wenn die Ereignisse \(A\) und \(B\) unvereinbar (disjunkt) sind, also \(A \cap B = \emptyset\). Allgemein genügt dafür \(P(A \cap B)=0\); Disjunktheit ist die passende mengentheoretische Bedingung. 3. Der allgemeine Additionssatz lautet \(P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B)\). Da Wahrscheinlichkeiten nicht negativ sind (\(P(A \cap B) \ge 0\)), wird von der Summe \(P(A) + P(B)\) entweder Null oder ein positiver Wert subtrahiert, woraus \(P(A \cup B) \le P(A) + P(B)\) folgt.

Antwort

1. Aus \(A \cup B = A \mathbin{\dot\cup} (B \setminus A)\), der Additivität und \(P(B \setminus A) \ge 0\) folgt \(P(A) \le P(A \cup B)\). 2. Eine ausreichende mengentheoretische Bedingung ist \(A \cap B = \emptyset\) (Disjunktheit); allgemein reicht \(P(A \cap B)=0\). 3. Aus \(P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B)\) und \(P(A \cap B) \ge 0\) folgt die Behauptung.
43084912
Ein Glücksrad mit 100 gleich großen Feldern ist mit den Zahlen von 1 bis 100 beschriftet. Das Rad wird einmal gedreht, wobei jedes Feld mit der gleichen Wahrscheinlichkeit stehen bleibt. Betrachtet werden die folgenden Ereignisse: \(A\): Die Zahl ist ein Vielfaches von 6. \(B\): Die Zahl ist ein Vielfaches von 8. a) Bestimme die Wahrscheinlichkeiten \(P(A)\) und \(P(B)\). b) Ermittle die Wahrscheinlichkeit für das Schnittereignis \(A \cap B\). c) Berechne mithilfe der Summenregel die Wahrscheinlichkeit, dass die Zahl durch 6 oder durch 8 teilbar ist. d) Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass die gezogene Zahl weder durch 6 noch durch 8 teilbar ist?

Denkanstöße

- Überlege dir zuerst, wie viele Zahlen im Bereich von 1 bis 100 die jeweilige Bedingung erfüllen. - Was bedeutet es mathematisch, wenn eine Zahl durch zwei verschiedene Zahlen gleichzeitig teilbar sein muss? - Erinnere dich an die Formel, die die Wahrscheinlichkeit von „Ereignis A oder Ereignis B“ mit ihren Einzelwahrscheinlichkeiten und ihrer Schnittmenge verknüpft. - Wenn du die Wahrscheinlichkeit für ein Ereignis kennst, wie berechnest du dann die Wahrscheinlichkeit, dass dieses Ereignis gerade nicht eintritt?

Lösung

1. Berechnung von \(P(A)\): Im Bereich von 1 bis 100 gibt es \(\lfloor 100 : 6 \rfloor = 16\) Vielfache von 6. Somit ist \(P(A) = \frac{16}{100} = 0{,}16\). 2. Berechnung von \(P(B)\): Es gibt \(\lfloor 100 : 8 \rfloor = 12\) Vielfache von 8. Somit ist \(P(B) = \frac{12}{100} = 0{,}12\). 3. Berechnung von \(P(A \cap B)\): Eine Zahl ist durch 6 und 8 teilbar, wenn sie durch das kleinste gemeinsame Vielfache \(\text{kgV}(6, 8) = 24\) teilbar ist. Es gibt \(\lfloor 100 : 24 \rfloor = 4\) solche Zahlen (24, 48, 72, 96). Somit ist \(P(A \cap B) = \frac{4}{100} = 0{,}04\). 4. Anwendung der Summenregel: \(P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B) = 0{,}16 + 0{,}12 - 0{,}04 = 0{,}24\). 5. Berechnung des Komplementärereignisses: Die Wahrscheinlichkeit, dass die Zahl weder durch 6 noch durch 8 teilbar ist, entspricht \(P(\overline{A \cup B}) = 1 - P(A \cup B) = 1 - 0{,}24 = 0{,}76\).

Antwort

a) \(P(A) = 0{,}16\); \(P(B) = 0{,}12\) b) \(P(A \cap B) = 0{,}04\) c) \(P(A \cup B) = 0{,}24\) d) \(P(\overline{A \cup B}) = 0{,}76\)
42716412
Ein Zufallsexperiment hat die Ergebnismenge \(\Omega = \{e_1; e_2; e_3; e_4\}\). Es ist bekannt, dass das Ergebnis \(e_1\) mit der Wahrscheinlichkeit \(P(e_1) = 0{,}2\) eintritt. Die Wahrscheinlichkeiten der übrigen Ergebnisse stehen im Verhältnis \(P(e_2) : P(e_3) : P(e_4) = 1 : 2 : 5\). a) Ermittle die Wahrscheinlichkeitsverteilung für diesen Ergebnisraum. b) Bestimme für die Ereignisse \(E = \{e_1; e_3\}\) und \(F = \{e_2; e_3\}\) die Wahrscheinlichkeiten \(P(E)\), \(P(F)\), \(P(E \cap F)\) und \(P(E \cup F)\).

Denkanstöße

- Denk daran, dass die Summe aller Wahrscheinlichkeiten in einem Zufallsexperiment immer genau 1 sein muss. - Berechne zuerst, wie viel Wahrscheinlichkeit für die restlichen Ergebnisse übrig bleibt, nachdem du den bekannten Wert abgezogen hast. - Wie kannst du diesen Restbetrag fair auf die Anteile im Verhältnis aufteilen? - Für die Mengenoperationen: Welche Elemente liegen in beiden Mengen, und welche liegen in mindestens einer der beiden Mengen?

Lösung

1. Da die Summe aller Wahrscheinlichkeiten 1 ergeben muss, beträgt die Summe für die verbleibenden Ergebnisse: \(P(e_2) + P(e_3) + P(e_4) = 1 - 0{,}2 = 0{,}8\). 2. Aufteilung der restlichen \(0{,}8\) gemäß dem Verhältnis \(1 : 2 : 5\). Die Summe der Verhältnisanteile ist \(1 + 2 + 5 = 8\). 3. Wert eines Anteils: \(0{,}8 : 8 = 0{,}1\). 4. Berechnung der Einzelwahrscheinlichkeiten: \(P(e_2) = 1 \cdot 0{,}1 = 0{,}1\) \(P(e_3) = 2 \cdot 0{,}1 = 0{,}2\) \(P(e_4) = 5 \cdot 0{,}1 = 0{,}5\) 5. Berechnung der Ereigniswahrscheinlichkeiten: \(P(E) = P(e_1) + P(e_3) = 0{,}2 + 0{,}2 = 0{,}4\) \(P(F) = P(e_2) + P(e_3) = 0{,}1 + 0{,}2 = 0{,}3\) 6. Schnittmenge \(E \cap F = \{e_3\}\): \(P(E \cap F) = 0{,}2\). 7. Vereinigungsmenge \(E \cup F = \{e_1; e_2; e_3\}\): \(P(E \cup F) = 0{,}2 + 0{,}1 + 0{,}2 = 0{,}5\).

Antwort

a) \(P(e_1) = 0{,}2\); \(P(e_2) = 0{,}1\); \(P(e_3) = 0{,}2\); \(P(e_4) = 0{,}5\) b) \(P(E) = 0{,}4\); \(P(F) = 0{,}3\); \(P(E \cap F) = 0{,}2\); \(P(E \cup F) = 0{,}5\)
42716612
Ein spezieller sechsseitiger Würfel ist so gezinkt, dass die Augenzahl „6“ doppelt so wahrscheinlich ist wie jede der anderen fünf Augenzahlen. 1. Bestimme die Wahrscheinlichkeit für das Ergebnis „6“ unter Verwendung der Axiome von Kolmogorow. 2. Begründe, warum der klassische Laplace-Wahrscheinlichkeitsbegriff für die Bestimmung dieser Wahrscheinlichkeit nicht geeignet ist.

Denkanstöße

- Was weißt du über die Summe aller Wahrscheinlichkeiten in einem Zufallsexperiment? - Stelle eine Gleichung auf, in der die unbekannte Wahrscheinlichkeit \(p\) vorkommt. - Was ist die Grundvoraussetzung, um die Laplace-Formel verwenden zu dürfen? - Unterscheide zwischen idealen Zufallsgeräten und manipulierten Objekten.

Lösung

1. Sei \(p\) die Wahrscheinlichkeit für eine der Augenzahlen \(1\) bis \(5\). Dann gilt für die Augenzahl \(6\) die Wahrscheinlichkeit \(2p\). Nach dem Normierungsaxiom muss die Summe aller Wahrscheinlichkeiten \(1\) ergeben: \(5 \cdot p + 2p = 1 \Rightarrow 7p = 1 \Rightarrow p = \frac{1}{7}\). Die Wahrscheinlichkeit für eine „6“ ist somit \(P(6) = 2 \cdot \frac{1}{7} = \frac{2}{7} \approx 0{,}2857\). 2. Der Laplace-Begriff setzt voraus, dass alle Elementarereignisse des Ergebnisraums gleich wahrscheinlich sind (Symmetrieprinzip). Da der Würfel gezinkt ist, sind die Elementarereignisse nicht gleichwahrscheinlich, wodurch die Laplace-Formel \(P(A) = \frac{|A|}{|\Omega|}\) nicht anwendbar ist.

Antwort

1. Die Wahrscheinlichkeit für eine „6“ beträgt \(\frac{2}{7} \approx 0{,}2857\). 2. Der Laplace-Begriff ist nicht anwendbar, da die Bedingung der Gleichwahrscheinlichkeit aller Elementarereignisse aufgrund der Manipulation des Würfels nicht erfüllt ist.
42716812
Gegeben ist ein Ergebnisraum \(\Omega = \{\omega_1, \omega_2, \omega_3\}\). Für die Ereignisse \(A = \{\omega_1, \omega_2\}\) und \(B = \{\omega_2, \omega_3\}\) sind die Wahrscheinlichkeiten \(P(A) = 0{,}55\) und \(P(B) = 0{,}75\) bekannt. Berechne die Wahrscheinlichkeiten der Elementarereignisse und gib alle möglichen Ereignisse \(E \subseteq \Omega\) mit ihren jeweiligen Wahrscheinlichkeiten an.

Denkanstöße

- Nutze die Eigenschaft, dass die Summe der Wahrscheinlichkeiten aller Ergebnisse immer 1 ergibt. - Überlege, welches Ergebnis nicht in Ereignis A enthalten ist. Wie hängen deren Wahrscheinlichkeiten zusammen? - Wie viele Teilmengen hat eine Menge mit drei Elementen? - Ein Ereignis ist eine Teilmenge des Ergebnisraums. Addiere einfach die Wahrscheinlichkeiten der enthaltenen Ergebnisse.

Lösung

1. Anwendung der Axiome: \(P(\omega_1) + P(\omega_2) + P(\omega_3) = 1\). 2. Bestimmung von \(P(\omega_3)\) über das Komplement von \(A\): \(P(\omega_3) = 1 - P(A) = 1 - 0{,}55 = 0{,}45\). 3. Bestimmung von \(P(\omega_1)\) über das Komplement von \(B\): \(P(\omega_1) = 1 - P(B) = 1 - 0{,}75 = 0{,}25\). 4. Berechnung von \(P(\omega_2)\): \(P(\omega_2) = 1 - 0{,}25 - 0{,}45 = 0{,}30\). 5. Auflistung aller Teilmengen von \(\Omega\) und Summation der entsprechenden Elementarwahrscheinlichkeiten: \(\emptyset \to 0\) \(\{\omega_1\} \to 0{,}25\) \(\{\omega_2\} \to 0{,}30\) \(\{\omega_3\} \to 0{,}45\) \(\{\omega_1, \omega_2\} \to 0{,}55\) \(\{\omega_1, \omega_3\} \to 0{,}25 + 0{,}45 = 0{,}70\) \(\{\omega_2, \omega_3\} \to 0{,}75\) \(\{\omega_1, \omega_2, \omega_3\} \to 1\)

Antwort

Die Wahrscheinlichkeiten der Ergebnisse sind: \(P(\omega_1) = 0{,}25\); \(P(\omega_2) = 0{,}30\); \(P(\omega_3) = 0{,}45\). Alle möglichen Ereignisse und ihre Wahrscheinlichkeiten sind: \(P(\emptyset) = 0\) \(P(\{\omega_1\}) = 0{,}25\) \(P(\{\omega_2\}) = 0{,}30\) \(P(\{\omega_3\}) = 0{,}45\) \(P(\{\omega_1, \omega_2\}) = 0{,}55\) \(P(\{\omega_1, \omega_3\}) = 0{,}70\) \(P(\{\omega_2, \omega_3\}) = 0{,}75\) \(P(\Omega) = 1\)
42717412
Neben dem theoretischen Laplace-Ansatz existiert der empirische Wahrscheinlichkeitsbegriff. Hierbei wird die Wahrscheinlichkeit eines Ereignisses \(A\) durch seine relative Häufigkeit \(h_N(A) = \frac{H_N(A)}{N}\) nach \(N\) Versuchsdurchführungen geschätzt. Untersuche, ob dieser empirische Ansatz mit den Axiomen von Kolmogorow im Einklang steht. Zeige dazu rechnerisch, dass für die relative Häufigkeit das Nichtnegativitätsaxiom (\(h_N(A) \ge 0\)), das Normierungsaxiom (\(h_N(\Omega) = 1\)) sowie das Additivitätsaxiom für zwei unvereinbare Ereignisse \(A\) und \(B\) (\(h_N(A \cup B) = h_N(A) + h_N(B)\)) erfüllt sind.

Denkanstöße

- Erinnere dich an den Zusammenhang zwischen absoluter Häufigkeit \(H_N\) und relativer Häufigkeit \(h_N\). - Warum kann eine absolute oder relative Häufigkeit niemals negativ sein? - Wie oft tritt ein Ergebnis aus \(\Omega\) insgesamt ein, wenn man ein Experiment \(N\)-mal durchführt? - Was bedeutet „unvereinbar“ für das Zählen von Ergebnissen in einer Versuchsreihe? Kann ein Versuch gleichzeitig zu zwei unvereinbaren Ereignissen zählen?

Lösung

1. Nichtnegativitätsaxiom: Die absolute Häufigkeit \(H_N(A)\) ist eine nichtnegative Anzahl. Für \(N>0\) folgt daher \(h_N(A) = \frac{H_N(A)}{N} \ge 0\). 2. Normierungsaxiom: Bei \(N\) Durchführungen eines Zufallsexperiments tritt bei jedem einzelnen Versuch ein Ergebnis aus dem Ergebnisraum \(\Omega\) ein. Somit entspricht die absolute Häufigkeit des sicheren Ereignisses der Gesamtzahl der Versuche, \(H_N(\Omega) = N\). Für die relative Häufigkeit folgt \(h_N(\Omega) = \frac{H_N(\Omega)}{N} = \frac{N}{N} = 1\). 3. Additivitätsaxiom: Wenn \(A\) und \(B\) unvereinbar sind, kann kein Versuchsergebnis gleichzeitig in \(A\) und in \(B\) liegen. Die Anzahl der Versuche, bei denen \(A\) oder \(B\) eintritt, ist daher die Summe der jeweiligen absoluten Häufigkeiten: \(H_N(A \cup B) = H_N(A) + H_N(B)\). 4. Durch Division der Gleichung durch \(N\) erhält man \(\frac{H_N(A \cup B)}{N} = \frac{H_N(A)}{N} + \frac{H_N(B)}{N}\). Damit gilt \(h_N(A \cup B) = h_N(A) + h_N(B)\).

Antwort

Die relative Häufigkeit erfüllt die drei Axiome: \(h_N(A) \ge 0\), weil \(H_N(A)\) eine nichtnegative Anzahl ist; \(H_N(\Omega)=N\) führt zu \(h_N(\Omega)=1\); und für unvereinbare Ereignisse gilt \(H_N(A \cup B)=H_N(A)+H_N(B)\), woraus nach Division durch \(N\) die Additivität folgt.
42717712
Gegeben ist ein Wahrscheinlichkeitsraum \((\Omega, \mathcal{E}, P)\). a) Leite aus den Axiomen von Kolmogorow die Formel für die Wahrscheinlichkeit des Komplementärereignisses \(P(\overline{A}) = 1 - P(A)\) her. b) Es seien \(A\) und \(B\) zwei Ereignisse mit \(A \subseteq B\). Begründe mithilfe der Axiome, dass die Beziehung \(P(B) = P(A) + P(B \setminus A)\) gelten muss. Folgere daraus die Monotonie der Wahrscheinlichkeit, also dass \(P(A) \le P(B)\) ist.

Denkanstöße

- Überlege dir, wie man den gesamten Ergebnisraum mithilfe eines Ereignisses und seines Gegenteils ausdrücken kann. - Welches Axiom macht eine Aussage über die Wahrscheinlichkeit des gesamten Ergebnisraums? - Wenn eine Menge in einer anderen enthalten ist, wie kannst du die größere Menge in zwei disjunkte (überschneidungsfreie) Teile zerlegen? - Welches Axiom garantiert, dass Wahrscheinlichkeiten niemals negativ sind?

Lösung

1. Zerlegung des Ergebnisraums: Da \(A \cup \overline{A} = \Omega\) und \(A \cap \overline{A} = \emptyset\) (disjunkt), folgt aus dem Additivitätsaxiom (Axiom 3): \(P(A \cup \overline{A}) = P(A) + P(\overline{A})\). 2. Anwendung der Normiertheit: Nach Axiom 2 ist \(P(\Omega) = 1\). Durch Gleichsetzen erhält man \(P(A) + P(\overline{A}) = 1\), woraus durch Umformung \(P(\overline{A}) = 1 - P(A)\) folgt. 3. Zerlegung von \(B\): Wenn \(A \subseteq B\), kann \(B\) als Vereinigung der disjunkten Mengen \(A\) und \(B \setminus A\) dargestellt werden: \(B = A \cup (B \setminus A)\). 4. Anwendung von Axiom 3: Es gilt \(P(B) = P(A) + P(B \setminus A)\). 5. Schlussfolgerung: Da nach Axiom 1 (Nichtnegativität) stets \(P(B \setminus A) \ge 0\) gilt, muss \(P(B) \ge P(A)\) sein.

Antwort

a) \(P(\overline{A}) = 1 - P(A)\) b) \(P(B) = P(A) + P(B \setminus A)\), woraus wegen \(P(B \setminus A) \ge 0\) folgt: \(P(A) \le P(B)\).
42717912
Ein Zufallsexperiment hat die Ergebnismenge \(\Omega = \{e_1, e_2, e_3\}\). Es werden folgende Wahrscheinlichkeiten für Ereignisse vorgeschlagen: 1. \(P(\{e_1, e_2\}) = 0{,}3\) 2. \(P(\{e_2, e_3\}) = 0{,}6\) Untersuche unter expliziter Verwendung der Axiome von Kolmogorow, ob eine solche Wahrscheinlichkeitsverteilung existieren kann. Bestimme dazu die Wahrscheinlichkeiten der Elementarereignisse und prüfe die Axiome.

Denkanstöße

- Was besagen die drei Axiome von Kolmogorow über die Summe aller Wahrscheinlichkeiten und über die Vorzeichen einzelner Wahrscheinlichkeiten? - Wie hängen die Wahrscheinlichkeiten von Teilmengen mit den Wahrscheinlichkeiten der einzelnen Ergebnisse zusammen? - Kannst du ein Gleichungssystem aufstellen, um die Wahrscheinlichkeiten der einzelnen Ergebnisse zu berechnen? - Überprüfe am Ende, ob alle berechneten Werte im erlaubten Bereich liegen.

Lösung

1. Nach dem Normiertheitsaxiom gilt \(P(\Omega) = P(\{e_1, e_2, e_3\}) = 1\). 2. Da die Elementarereignisse disjunkt sind, gilt nach dem Additivitätsaxiom \(P(\{e_1, e_2\}) + P(\{e_3\}) = P(\Omega)\). 3. Einsetzen der gegebenen Werte ergibt \(0{,}3 + P(\{e_3\}) = 1\), woraus \(P(\{e_3\}) = 0{,}7\) folgt. 4. Analog gilt \(P(\{e_2, e_3\}) = P(\{e_2\}) + P(\{e_3\})\). Einsetzen ergibt \(0{,}6 = P(\{e_2\}) + 0{,}7\), woraus \(P(\{e_2\}) = -0{,}1\) folgt. 5. Aus \(P(\{e_1, e_2\}) = P(\{e_1\}) + P(\{e_2\})\) folgt \(0{,}3 = P(\{e_1\}) - 0{,}1\), also \(P(\{e_1\}) = 0{,}4\). 6. Das Axiom der Nichtnegativität besagt, dass für jedes Ereignis \(A\) gelten muss: \(P(A) \geq 0\). 7. Da \(P(\{e_2\}) = -0{,}1 < 0\), ist dieses Axiom verletzt. Eine solche Wahrscheinlichkeitsverteilung kann daher nicht existieren.

Antwort

Eine solche Wahrscheinlichkeitsverteilung kann nicht existieren. Die Berechnung der Elementarereignisse ergibt \(P(\{e_1\}) = 0{,}4\), \(P(\{e_2\}) = -0{,}1\) und \(P(\{e_3\}) = 0{,}7\). Da \(P(\{e_2\}) < 0\) ist, wird das Axiom der Nichtnegativität verletzt.
42718112
Ein Glücksrad ist in drei Sektoren unterteilt: Gold, Silber und Bronze. Bei einer Drehung wird genau einer dieser Sektoren bestimmt; die Ereignisse \(G\) (Gold), \(S\) (Silber) und \(B\) (Bronze) sind somit paarweise unvereinbar. Folgende Wahrscheinlichkeiten für kombinierte Ereignisse sind bekannt: Die Wahrscheinlichkeit für „Gold oder Silber“ beträgt \(P(G \cup S) = 0{,}35\). Die Wahrscheinlichkeit für „Silber oder Bronze“ beträgt \(P(S \cup B) = 0{,}85\). Die Wahrscheinlichkeit für „Gold oder Bronze“ beträgt \(P(G \cup B) = 0{,}80\). Berechne die Wahrscheinlichkeiten der einzelnen Sektoren \(P(G)\), \(P(S)\) und \(P(B)\).

Denkanstöße

- Was bedeutet es für die Berechnung der Wahrscheinlichkeiten, wenn Ereignisse unvereinbar sind? - Kannst du ein Gleichungssystem mit den drei gesuchten Wahrscheinlichkeiten aufstellen? - Überlege, was passiert, wenn du alle gegebenen Gleichungen addierst. - Wie hängen die Summen von zwei Ereignissen mit der Summe aller drei Ereignisse zusammen?

Lösung

1. Da die Ereignisse paarweise unvereinbar sind, gilt nach dem Additivitätsaxiom: \(P(G) + P(S) = 0{,}35\), \(P(S) + P(B) = 0{,}85\) und \(P(G) + P(B) = 0{,}80\). 2. Durch Addition der drei Gleichungen erhält man \(2 \cdot (P(G) + P(S) + P(B)) = 0{,}35 + 0{,}85 + 0{,}80 = 2{,}00\). 3. Daraus folgt für die Gesamtwahrscheinlichkeit der drei Sektoren: \(P(G \cup S \cup B) = P(G) + P(S) + P(B) = 1{,}00\). 4. Die Einzelwahrscheinlichkeiten ergeben sich durch Subtraktion der gegebenen Summen von der Gesamtsumme: \(P(B) = 1{,}00 - 0{,}35 = 0{,}65\) \(P(G) = 1{,}00 - 0{,}85 = 0{,}15\) \(P(S) = 1{,}00 - 0{,}80 = 0{,}20\)

Antwort

\(P(G) = 0{,}15\); \(P(S) = 0{,}20\); \(P(B) = 0{,}65\)
42718212
Für drei paarweise unvereinbare Ereignisse \(A\), \(B\) und \(C\) sind folgende Informationen gegeben: Die Wahrscheinlichkeit, dass mindestens eines dieser Ereignisse eintritt, liegt bei \(90\,\%\). Das Ereignis \(A\) tritt mit einer halb so großen Wahrscheinlichkeit ein wie das Ereignis \(B\). Die Wahrscheinlichkeit für das Eintreten von \(B\) oder \(C\) beträgt \(70\,\%\). Bestimme die Wahrscheinlichkeiten \(P(A)\), \(P(B)\) und \(P(C)\).

Denkanstöße

- Übersetze die textlichen Formulierungen (wie „halb so groß“ oder „mindestens eines“) in mathematische Gleichungen. - Nutze die Eigenschaft der Unvereinbarkeit, um die Wahrscheinlichkeit von Vereinigungen als Summen zu schreiben. - Versuche, eine Unbekannte nach der anderen durch Einsetzen zu bestimmen.

Lösung

1. Aufgrund der paarweisen Unvereinbarkeit gilt: \(P(A) + P(B) + P(C) = 0{,}90\). 2. Aus den weiteren Bedingungen ergeben sich die Gleichungen \(P(A) = 0{,}5 \cdot P(B)\) und \(P(B) + P(C) = 0{,}70\). 3. Setzt man die dritte Gleichung in die erste ein, erhält man \(P(A) + 0{,}70 = 0{,}90\), woraus \(P(A) = 0{,}20\) folgt. 4. Mit der Bedingung \(P(A) = 0{,}5 \cdot P(B)\) ergibt sich \(0{,}20 = 0{,}5 \cdot P(B)\), also \(P(B) = 0{,}40\). 5. Einsetzen in \(P(B) + P(C) = 0{,}70\) liefert \(0{,}40 + P(C) = 0{,}70\), woraus \(P(C) = 0{,}30\) folgt.

Antwort

\(P(A) = 0{,}20\); \(P(B) = 0{,}40\); \(P(C) = 0{,}30\)
42718312
Zwei Ereignisse \(A\) und \(B\) eines Zufallsexperiments besitzen die Wahrscheinlichkeiten \(P(A) = 0{,}7\) und \(P(B) = 0{,}4\). 1. Begründe, warum die Ereignisse \(A\) und \(B\) nicht unvereinbar sein können. 2. Bestimme das Intervall aller möglichen Werte für die Wahrscheinlichkeit der Vereinigung \(P(A \cup B)\).

Denkanstöße

- Was weißt du über den maximalen Wert, den eine Wahrscheinlichkeit annehmen kann? - Wie berechnet man die Wahrscheinlichkeit der Vereinigung zweier Ereignisse, wenn sie sich überschneiden? - Überlege dir, wie die Mengen zueinander liegen müssen, damit die Vereinigung so klein wie möglich wird. - Kann die Summe der Einzelwahrscheinlichkeiten größer als die Wahrscheinlichkeit der Vereinigung sein?

Lösung

1. Wären \(A\) und \(B\) unvereinbar, müsste für die Wahrscheinlichkeit der Vereinigung \(P(A \cup B) = P(A) + P(B)\) gelten. Hier ergibt sich \(0{,}7 + 0{,}4 = 1{,}1\). Da Wahrscheinlichkeiten jedoch maximal den Wert \(1\) annehmen können (\(P(A \cup B) \le 1\)), ist dies ein Widerspruch. Folglich muss die Schnittmenge \(A \cap B\) nicht leer sein, also \(P(A \cap B) > 0\). 2. Der maximale Wert für \(P(A \cup B)\) ist durch das Axiom \(P(E) \le 1\) begrenzt, also \(1\). Der minimale Wert tritt ein, wenn eines der Ereignisse eine Teilmenge des anderen ist. Da \(P(A) = 0{,}7 > 0{,}4 = P(B)\), ist der kleinstmögliche Wert für die Vereinigung \(P(A) = 0{,}7\) (wenn \(B \subset A\)). Das gesuchte Intervall ist somit \([0{,}7; 1]\).

Antwort

1. Die Summe \(P(A) + P(B) = 1{,}1\) übersteigt den maximal zulässigen Wert \(1\) für \(P(A \cup B)\). Da \(P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B) \le 1\) gelten muss, folgt \(P(A \cap B) \ge 0{,}1\). Somit sind die Ereignisse nicht unvereinbar. 2. Das Intervall ist \([0{,}7; 1]\).
42718612
Ein Zufallsexperiment hat die Ergebnismenge \(\Omega\), die durch die Ereignisse \(E_1\), \(E_2\) und \(E_3\) vollständig und überschneidungsfrei zerlegt wird. Die Wahrscheinlichkeit für \(E_1\) beträgt \(0{,}25\). Zudem ist bekannt, dass die Wahrscheinlichkeit von \(E_2\) genau zwei Drittel der Wahrscheinlichkeit von \(E_3\) entspricht. a) Berechne die Wahrscheinlichkeiten \(P(E_2)\) und \(P(E_3)\). b) Erläutere, warum es sich bei diesem Zufallsexperiment nicht um ein Laplace-Experiment handeln kann, falls \(E_1, E_2\) und \(E_3\) die einzigen möglichen Ergebnisse (Elementarereignisse) des Experiments sind. c) Bestimme die Wahrscheinlichkeiten \(P(E_1 \cup E_2)\) und \(P(E_2 \cap E_3)\).

Denkanstöße

- Welche Eigenschaft müssen die Wahrscheinlichkeiten der Ergebnisse in einem Laplace-Experiment erfüllen? - Wenn du weißt, dass eine Menge eine andere zu einem Ganzen ergänzt, wie hängen ihre Wahrscheinlichkeiten zusammen? - Wie verhält sich die Wahrscheinlichkeit der Schnittmenge, wenn zwei Ereignisse keine gemeinsamen Ergebnisse haben? - Versuche, alle unbekannten Wahrscheinlichkeiten durch eine einzige Variable auszudrücken.

Lösung

1. Nutzung der Axiome von Kolmogorow für die Zerlegung: \(P(E_1) + P(E_2) + P(E_3) = 1\). 2. Einsetzen von \(P(E_1) = 0{,}25\) und der Relation \(P(E_2) = \frac{2}{3} \cdot P(E_3)\) in die Summenformel: \(0{,}25 + \frac{2}{3} \cdot P(E_3) + P(E_3) = 1\). 3. Vereinfachen der Gleichung: \(\frac{5}{3} \cdot P(E_3) = 0{,}75\). 4. Berechnung von \(P(E_3)\): \(P(E_3) = 0{,}75 \cdot \frac{3}{5} = \frac{3}{4} \cdot \frac{3}{5} = \frac{9}{20} = 0{,}45\). 5. Berechnung von \(P(E_2)\): \(P(E_2) = \frac{2}{3} \cdot 0{,}45 = 0{,}3\). 6. Bewertung bzgl. Laplace: Ein Laplace-Experiment setzt voraus, dass alle Elementarereignisse gleichwahrscheinlich sind. Da \(P(E_1) = 0{,}25\), \(P(E_2) = 0{,}3\) und \(P(E_3) = 0{,}45\) verschieden sind, ist diese Bedingung nicht erfüllt. 7. Berechnung der Vereinigung disjunkter Ereignisse: \(P(E_1 \cup E_2) = P(E_1) + P(E_2) = 0{,}25 + 0{,}3 = 0{,}55\). 8. Da die Ereignisse eine Zerlegung bilden, gilt für den Schnitt disjunkter Mengen \(P(E_2 \cap E_3) = 0\).

Antwort

a) \(P(E_2) = 0{,}3\); \(P(E_3) = 0{,}45\) b) Es liegt kein Laplace-Experiment vor, da die Wahrscheinlichkeiten der Elementarereignisse nicht identisch sind (\(0{,}25 \neq 0{,}3 \neq 0{,}45\)). c) \(P(E_1 \cup E_2) = 0{,}55\); \(P(E_2 \cap E_3) = 0\)
42719012
Betrachte die folgenden drei Aussagen zur Wahrscheinlichkeit: I: „Die Wahrscheinlichkeit, bei einem fairen Tetraeder-Würfel (Zahlen 1 bis 4) eine Primzahl zu werfen, beträgt \(0{,}5\).“ II: „Aus langjährigen Produktionsdaten der Maschine A ergibt sich, dass ein zufällig ausgewähltes Bauteil mit Wahrscheinlichkeit \(0{,}02\) defekt ist.“ III: „Eine Funktion \(P\), die jedem Ereignis \(A\) eines Zufallsexperiments eine Zahl zuordnet, heißt Wahrscheinlichkeitsmaß, wenn \(P(\Omega) = 1\), \(P(A) \geq 0\) und die Summenregel für unvereinbare Ereignisse gilt.“ a) Ordne den Aussagen I und II jeweils den passenden Wahrscheinlichkeitsbegriff (Laplace, empirisch oder subjektiv) zu und begründe deine Wahl. b) Erläutere, welche Rolle die Aussage III (der axiomatische Wahrscheinlichkeitsbegriff nach Kolmogorow) im Verhältnis zu den praktischen Ansätzen aus I und II einnimmt.

Denkanstöße

- Unterscheide zwischen der Art und Weise, wie man einen Wert berechnet, und den Regeln, die für diesen Wert gelten müssen. - Welche Aussage beschreibt eine mathematische Spielregel und welche beschreibt eine Beobachtung oder eine Symmetrie? - Kann man bei einer Maschine die Defektwahrscheinlichkeit vorhersagen, ohne sie jemals laufen zu lassen?

Lösung

a) Aussage I basiert auf dem Laplace-Begriff, da ein „fairer“ Würfel symmetrisch ist und alle vier Seitenflächen mit der gleichen Wahrscheinlichkeit von \(\frac{1}{4}\) auftreten. Die Primzahlen sind \(\{2; 3\}\), also \(2\) von \(4\) Ergebnissen (\(\frac{2}{4} = 0{,}5\)). Aussage II basiert auf dem empirischen Begriff, da die Fehlerquote der Maschine aus langfristig erhobenen Produktionsdaten gewonnen wird. b) Der axiomatische Begriff nach Kolmogorow (Aussage III) stellt den formalen, mathematischen Rahmen dar. Er definiert die Regeln, denen jede Wahrscheinlichkeit gehorchen muss (Nichtnegativität, Normiertheit, Additivität), unabhängig davon, wie der konkrete Zahlenwert (ob durch Symmetrieüberlegungen wie in I oder Datenanalyse wie in II) zustande gekommen ist. Er dient somit als theoretisches Fundament, das alle Interpretationen vereint.

Antwort

a) I: Laplace-Wahrscheinlichkeit (wegen Symmetrie/Fairness); II: empirische Wahrscheinlichkeit (basiert auf Produktionsdaten). b) Die Axiome von Kolmogorow bilden das mathematische Fundament. Sie legen die formalen Eigenschaften fest, die sowohl für Laplace-Wahrscheinlichkeiten als auch für empirisch ermittelte Werte gelten müssen, ohne deren Herkunft vorzuschreiben.
43082812
Ein Spiel nutzt ausschließlich die 8 Pik-Karten eines Skatspiels (7, 8, 9, 10, Bube, Dame, König, Ass). Es besteht der Verdacht, dass die Karten aufgrund von Abnutzung nicht mit der gleichen Wahrscheinlichkeit gezogen werden. a) Die Wahrscheinlichkeiten für die Karten ohne Bild (7, 8, 9, 10) seien jeweils \(p\). Die Wahrscheinlichkeiten für die übrigen Karten (Bube, Dame, König, Ass) seien jeweils \(1{,}5 \cdot p\). Bestimme den Wert von \(p\) unter Verwendung der Axiome von Kolmogorow. b) Berechne unter der in a) genannten Annahme die Wahrscheinlichkeit für das Ereignis \(E\): „Es wird eine Bildkarte (Bube, Dame oder König) gezogen“. c) Vergleiche die berechnete Wahrscheinlichkeit für \(E\) mit der Wahrscheinlichkeit, die sich in einem klassischen Laplace-Modell für diesen Stapel ergeben würde.

Denkanstöße

- Was muss für die Summe aller Wahrscheinlichkeiten aller möglichen Einzelergebnisse in einem Zufallsexperiment immer gelten? - Stelle eine Gleichung auf, in der du alle Karten und ihre jeweiligen Wahrscheinlichkeiten berücksichtigst. - Welche Karten gehören genau zur Menge der „Bildkarten“? - Wie berechnet man die Wahrscheinlichkeit eines Ereignisses im Laplace-Fall?

Lösung

1. Anwendung der Normierungsbedingung (Axiom von Kolmogorow): Die Summe aller Wahrscheinlichkeiten im Ergebnisraum muss 1 ergeben. Es gilt \(4 \cdot p + 4 \cdot (1{,}5 \cdot p) = 1\). Dies vereinfacht sich zu \(4p + 6p = 10p = 1\), woraus \(p = 0{,}1\) folgt. 2. Berechnung der Wahrscheinlichkeit von \(E\): Das Ereignis \(E\) umfasst die Karten Bube, Dame und König. Jede dieser Karten hat nach der Gewichtung die Wahrscheinlichkeit \(1{,}5 \cdot 0{,}1 = 0{,}15\). Somit ist \(P(E) = 3 \cdot 0{,}15 = 0{,}45\). 3. Vergleich mit Laplace: Im Laplace-Modell hat jede der 8 Karten die Wahrscheinlichkeit \(\frac{1}{8} = 0{,}125\). Die Wahrscheinlichkeit für die drei Bildkarten beträgt dort \(P_L(E) = \frac{3}{8} = 0{,}375\). Das gewichtete Modell liefert eine um \(0{,}075\) höhere Wahrscheinlichkeit für Bildkarten.

Antwort

a) \(p = 0{,}1\) b) \(P(E) = 0{,}45\) c) Im Laplace-Modell ist \(P_L(E) = 0{,}375\). Die Wahrscheinlichkeit im gewichteten Modell ist somit höher (\(45\,\%\) gegenüber \(37{,}5\,\%\)).
43082912
Ein fairer 12-seitiger Würfel (ein regelmäßiger Dodekaeder) mit den Augenzahlen von 1 bis 12 wird einmal geworfen. Wir betrachten die folgenden Ereignisse: \(A\): Die Augenzahl ist eine Primzahl. \(B\): Die Augenzahl ist ein Teiler von 12. \(C\): Die Augenzahl ist größer als 8. 1. Gib die Ergebnismengen für die Ereignisse \(A\), \(B\) und \(C\) an. 2. Berechne die Wahrscheinlichkeiten \(P(A)\), \(P(B)\) und \(P(C)\) unter der Annahme eines Laplace-Experiments. 3. Bestimme die Wahrscheinlichkeit für das Ereignis „\(A\) oder \(C\)“ (\(A \cup C\)) sowie für das Ereignis „\(B\) und nicht \(C\)“ (\(B \cap \bar{C}\)).

Denkanstöße

- Überlege dir zuerst, welche Zahlen zwischen 1 und 12 die jeweiligen Bedingungen erfüllen. - Bei einem Laplace-Experiment ist die Wahrscheinlichkeit eines Ereignisses das Verhältnis der Anzahl der günstigen Ergebnisse zur Anzahl der möglichen Ergebnisse. - „Oder“ bedeutet in der Mengenlehre die Vereinigung, also alle Elemente, die in mindestens einer der Mengen enthalten sind. - „Und nicht“ bedeutet, dass du die Schnittmenge mit dem Komplementärereignis bildest.

Lösung

1. Ergebnismengen bestimmen: \(A = \{2; 3; 5; 7; 11\}\) (5 Elemente) \(B = \{1; 2; 3; 4; 6; 12\}\) (6 Elemente) \(C = \{9; 10; 11; 12\}\) (4 Elemente) 2. Laplace-Wahrscheinlichkeiten (\(|\Omega| = 12\)): \(P(A) = \frac{5}{12} \approx 0{,}417\) \(P(B) = \frac{6}{12} = 0{,}5\) \(P(C) = \frac{4}{12} = \frac{1}{3} \approx 0{,}333\) 3. Verknüpfte Ereignisse: \(A \cup C = \{2; 3; 5; 7; 9; 10; 11; 12\}\) (8 Elemente), daraus folgt \(P(A \cup C) = \frac{8}{12} = \frac{2}{3} \approx 0{,}667\). \(\bar{C} = \{1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8\}\). Die Schnittmenge \(B \cap \bar{C}\) enthält alle Teiler von 12, die nicht größer als 8 sind: \(\{1; 2; 3; 4; 6\}\) (5 Elemente). Somit ist \(P(B \cap \bar{C}) = \frac{5}{12} \approx 0{,}417\).

Antwort

1. \(A = \{2; 3; 5; 7; 11\}\), \(B = \{1; 2; 3; 4; 6; 12\}\), \(C = \{9; 10; 11; 12\}\) 2. \(P(A) = \frac{5}{12}\), \(P(B) = \frac{1}{2}\), \(P(C) = \frac{1}{3}\) 3. \(P(A \cup C) = \frac{2}{3}\), \(P(B \cap \bar{C}) = \frac{5}{12}\)
43084712
In einer Marktumfrage gaben \(45\,\%\) der Befragten an, regelmäßig Produkt A zu kaufen (Ereignis \(A\)), während \(35\,\%\) regelmäßig Produkt B kaufen (Ereignis \(B\)). 1. Bestimme das Intervall \([p_{\text{min}}; p_{\text{max}}]\), in dem die Wahrscheinlichkeit \(P(A \cup B)\) für das Ereignis „kauft Produkt A oder Produkt B“ liegen muss. 2. Interpretiere die untere Grenze \(p_{\text{min}}\) und die obere Grenze \(p_{\text{max}}\) im Sachkontext. Welche Annahme über das Kaufverhalten der Kunden führt jeweils zu diesen Extremwerten?

Denkanstöße

- Überlege dir, wie sich die Größe der Schnittmenge auf die Vereinigungsmenge auswirkt. - Wann ist die Fläche, die zwei Kreise in einem Venn-Diagramm abdecken, am kleinsten und wann am größten? - Denk an die allgemeine Additionsregel für Wahrscheinlichkeiten. - Was bedeutet es für die Personengruppen, wenn die Wahrscheinlichkeit der Vereinigung genau der Summe der Einzelwahrscheinlichkeiten entspricht?

Lösung

1. Die Wahrscheinlichkeiten sind \(P(A) = 0{,}45\) und \(P(B) = 0{,}35\). Nach der Formel \(P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B)\) hängen die Schranken vom Schnittereignis ab. Die untere Schranke ergibt sich, wenn ein Ereignis Teilmenge des anderen ist: \(P(A \cup B) \ge \max(P(A), P(B)) = 0{,}45\). Die obere Schranke ergibt sich für disjunkte Ereignisse: \(P(A \cup B) \le P(A) + P(B) = 0{,}45 + 0{,}35 = 0{,}80\). Das Intervall ist \([0{,}45; 0{,}80]\). 2. Die untere Grenze \(0{,}45\) wird erreicht, wenn alle Käufer von Produkt B auch Produkt A kaufen (\(B \subset A\)). Die obere Grenze \(0{,}80\) wird erreicht, wenn niemand beide Produkte gleichzeitig kauft (\(A \cap B = \emptyset\)), die Käufergruppen also vollkommen getrennt sind.

Antwort

1. Das Intervall ist \([0{,}45; 0{,}80]\). 2. Untere Grenze (\(0{,}45\)): Alle Käufer von B kaufen auch A (\(B \subseteq A\)). Obere Grenze (\(0{,}80\)): Niemand kauft beide Produkte (\(A \cap B = \emptyset\)).
43085012
In einem Wahrscheinlichkeitsraum sind zwei Ereignisse \(E\) und \(F\) gegeben. Es ist bekannt, dass \(P(E) = 0{,}65\) und \(P(F) = 0{,}55\). a) Begründe unter Verwendung der Axiome der Wahrscheinlichkeitsrechnung, warum die Ereignisse \(E\) und \(F\) nicht unvereinbar (disjunkt) sein können. b) Bestimme den kleinstmöglichen Wert, den die Wahrscheinlichkeit für das Schnittereignis \(P(E \cap F)\) annehmen kann. c) Angenommen, die Wahrscheinlichkeit für das Oder-Ereignis beträgt \(P(E \cup F) = 0{,}85\). Berechne für diesen Fall \(P(E \cap F)\). d) Berechne für den Fall aus Teilaufgabe c) die Wahrscheinlichkeit, dass keines der beiden Ereignisse eintritt.

Denkanstöße

- Welche Obergrenze gibt es für die Wahrscheinlichkeit eines beliebigen Ereignisses? - Nutze die allgemeine Summenregel \(P(E \cup F) = P(E) + P(F) - P(E \cap F)\), um Zusammenhänge zwischen den Werten herzustellen. - Überlege dir, wie groß die Summe der Einzelwahrscheinlichkeiten im Vergleich zum maximal möglichen Wert 1 ist. - Das Ereignis „keines von beiden“ ist das Gegenteil von „mindestens eines von beiden“.

Lösung

1. Prüfung auf Unvereinbarkeit: Wären \(E\) und \(F\) unvereinbar, müsste laut Additionsaxiom \(P(E \cup F) = P(E) + P(F)\) gelten. Hier wäre \(0{,}65 + 0{,}55 = 1{,}20\). Da Wahrscheinlichkeiten maximal 1 betragen können (\(P(E \cup F) \le 1\)), ist dies unmöglich. Die Ereignisse müssen also eine Schnittmenge besitzen. 2. Minimaler Wert für \(P(E \cap F)\): Da \(P(E \cup F) = P(E) + P(F) - P(E \cap F)\) und \(P(E \cup F) \le 1\), folgt \(P(E \cap F) \ge P(E) + P(F) - 1\). Einsetzen ergibt \(0{,}65 + 0{,}55 - 1 = 0{,}20\). 3. Berechnung von \(P(E \cap F)\) bei \(P(E \cup F) = 0{,}85\): Umstellen der Summenregel ergibt \(P(E \cap F) = P(E) + P(F) - P(E \cup F) = 0{,}65 + 0{,}55 - 0{,}85 = 0{,}35\). 4. Wahrscheinlichkeit des Komplementärereignisses: Die Wahrscheinlichkeit, dass weder \(E\) noch \(F\) eintritt, ist \(P(\overline{E \cup F}) = 1 - P(E \cup F) = 1 - 0{,}85 = 0{,}15\).

Antwort

a) Wären sie unvereinbar, wäre \(P(E \cup F) = 1{,}2 > 1\), was den Axiomen widerspricht. b) \(P(E \cap F)_{\min} = 0{,}20\) c) \(P(E \cap F) = 0{,}35\) d) \(P(\text{keines}) = 0{,}15\)
43085212
Ein idealer Ikosaeder (ein reguläres Polyeder mit 20 Flächen, beschriftet von 1 bis 20) wird einmal geworfen. a) Berechne die Wahrscheinlichkeit, dass die Augenzahl durch 4 oder durch 6 teilbar ist. b) Berechne die Wahrscheinlichkeit, dass die Augenzahl weder durch 3 noch durch 5 teilbar ist. c) Angenommen, der Würfel ist nicht ideal (gezinkt). Die Wahrscheinlichkeiten für die Zahlen 1 bis 19 sind alle gleich groß, während die Wahrscheinlichkeit für die Zahl 20 genau \(0{,}1\) beträgt. Bestimme die Wahrscheinlichkeit für das Ergebnis „1“ unter dieser Bedingung.

Denkanstöße

- Achte bei der Teilbarkeit darauf, ob es Zahlen gibt, die in beiden Gruppen vorkommen. - „Weder noch“ lässt sich als Gegenereignis zu „mindestens eine der beiden Bedingungen“ auffassen. - Nutze die Eigenschaft, dass die Summe aller Wahrscheinlichkeiten in einem Zufallsexperiment immer 1 ergeben muss.

Lösung

1. Für a) sei \(A\) das Ereignis „teilbar durch 4“ (\(\{4, 8, 12, 16, 20\}\), \(|A|=5\)) und \(B\) „teilbar durch 6“ (\(\{6, 12, 18\}\), \(|B|=3\)). Die Schnittmenge ist \(A \cap B = \{12\}\) (\(|A \cap B|=1\)). Nach dem Additionssatz: \(P(A \cup B) = \frac{5 + 3 - 1}{20} = \frac{7}{20} = 0{,}35\). 2. Für b) sei \(C\) „teilbar durch 3“ (\(\{3, 6, 9, 12, 15, 18\}\), \(|C|=6\)) und \(D\) „teilbar durch 5“ (\(\{5, 10, 15, 20\}\), \(|D|=4\)). Die Schnittmenge ist \(C \cap D = \{15\}\) (\(|C \cap D|=1\)). Die Mächtigkeit der Vereinigung ist \(6 + 4 - 1 = 9\). Das gesuchte Ereignis ist das Komplement dazu: \(20 - 9 = 11\) günstige Ergebnisse. \(P = \frac{11}{20} = 0{,}55\). 3. Für c) gilt nach den Axiomen von Kolmogorow: \(\sum P(\omega_i) = 1\). Mit \(P(1) = \dots = P(19) = x\) und \(P(20) = 0{,}1\) folgt: \(19x + 0{,}1 = 1\). Daraus ergibt sich \(19x = 0{,}9\), also \(x = \frac{0{,}9}{19} = \frac{9}{190}\).

Antwort

a) \(P = \frac{7}{20} = 0{,}35\) b) \(P = \frac{11}{20} = 0{,}55\) c) \(P(1) = \frac{9}{190} \approx 0{,}0474\)
43085712
In einer Lostrommel befinden sich \(100\) ansonsten baugleiche Kugeln, die von \(1\) bis \(100\) durchnummeriert sind. Es wird eine Kugel zufällig gezogen. Betrachte die folgenden Ereignisse: \(A\): Die gezogene Zahl ist ein Vielfaches von \(8\). \(B\): Die gezogene Zahl ist ein Vielfaches von \(12\). a) Bestimme die Wahrscheinlichkeiten \(P(A)\) und \(P(B)\). b) Berechne die Wahrscheinlichkeit \(P(A \cup B)\) unter Verwendung des Additionssatzes für allgemeine Ereignisse. c) Begründe kurz, warum die Annahme eines Laplace-Experiments in diesem Kontext gerechtfertigt ist.

Denkanstöße

- Wie viele Zahlen zwischen 1 und 100 sind durch 8 teilbar? - Gibt es Zahlen, die sowohl in Ereignis A als auch in Ereignis B vorkommen? - Welche Formel hilft dir, wenn sich zwei Ereignisse überschneiden? - Wann spricht man in der Stochastik von einem Laplace-Experiment?

Lösung

1. Anzahl der günstigen Ergebnisse für \(A\): Die Vielfachen von \(8\) bis \(100\) sind \(8, 16, \dots, 96\). Da \(100 : 8 = 12{,}5\), gibt es \(|A| = 12\) günstige Ergebnisse. Somit ist \(P(A) = \frac{12}{100} = 0{,}12\). 2. Anzahl der günstigen Ergebnisse für \(B\): Die Vielfachen von \(12\) bis \(100\) sind \(12, 24, \dots, 96\). Da \(100 : 12 \approx 8{,}33\), gibt es \(|B| = 8\) günstige Ergebnisse. Somit ist \(P(B) = \frac{8}{100} = 0{,}08\). 3. Schnittmenge \(A \cap B\): Gesucht sind die Vielfachen des kleinsten gemeinsamen Vielfachen von \(8\) und \(12\), also von \(24\). Dies sind \(\{24, 48, 72, 96\}\). Es gilt \(|A \cap B| = 4\) und \(P(A \cap B) = \frac{4}{100} = 0{,}04\). 4. Anwendung des Additionssatzes: \(P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B) = 0{,}12 + 0{,}08 - 0{,}04 = 0{,}16\). 5. Begründung Laplace: Ein Laplace-Experiment liegt vor, wenn alle Elementarereignisse die gleiche Wahrscheinlichkeit haben. Dies ist hier gerechtfertigt, da die Kugeln in Form und Gewicht identisch sind und der Ziehungsprozess rein zufällig erfolgt.

Antwort

a) \(P(A) = 0{,}12\); \(P(B) = 0{,}08\) b) \(P(A \cup B) = 0{,}16\) c) Die Annahme ist gerechtfertigt, da alle Kugeln identisch sind und somit die gleiche Chance haben, gezogen zu werden (Gleichwahrscheinlichkeit der Elementarereignisse).
43086112
In einem Behälter befinden sich \(120\) Lose, die von \(1\) bis \(120\) durchnummeriert sind. Ein Los wird zufällig gezogen. Es wird das Ereignis \(E\) betrachtet, dass die gezogene Nummer sowohl durch \(4\) als auch durch \(6\) teilbar ist. Bestimme das Gegenereignis \(\overline{E}\) in Worten sowie die Wahrscheinlichkeiten \(P(E)\) und \(P(\overline{E})\).

Denkanstöße

- Wann ist eine Zahl gleichzeitig durch zwei verschiedene Zahlen teilbar? - Was bedeutet das Wort „Gegenereignis“ für die logische Beschreibung einer Bedingung? - Wie hängen die Wahrscheinlichkeiten eines Ereignisses und seines Gegenereignisses mathematisch zusammen? - Wie viele Zahlen in deinem Bereich erfüllen die kombinierte Teilbarkeitsregel?

Lösung

1. Identifikation der Bedingungen für \(E\): Eine Zahl ist genau dann durch \(4\) und \(6\) teilbar, wenn sie ein Vielfaches des kleinsten gemeinsamen Vielfachen \(\operatorname{kgV}(4; 6) = 12\) ist. 2. Bestimmung der Mächtigkeit von \(E\): Die Vielfachen von \(12\) im Bereich von \(1\) bis \(120\) sind \(12, 24, 36, 48, 60, 72, 84, 96, 108, 120\). Es gibt somit \(|E| = 10\) günstige Ergebnisse. 3. Berechnung von \(P(E)\): Da es sich um ein Laplace-Experiment mit \(|\Omega| = 120\) handelt, gilt \(P(E) = \frac{10}{120} = \frac{1}{12} \approx 0{,}0833\). 4. Definition des Gegenereignisses \(\overline{E}\): Die gezogene Nummer ist nicht durch \(4\) oder nicht durch \(6\) teilbar (bzw. nicht durch \(12\) teilbar). 5. Berechnung von \(P(\overline{E})\): Über die Komplementärregel ergibt sich \(P(\overline{E}) = 1 - P(E) = 1 - \frac{1}{12} = \frac{11}{12} \approx 0{,}9167\).

Antwort

Das Gegenereignis \(\overline{E}\) lautet: „Die Zahl ist nicht durch \(12\) teilbar“ (oder: „Die Zahl ist nicht sowohl durch \(4\) als auch durch \(6\) teilbar“). Die Wahrscheinlichkeiten betragen \(P(E) = \frac{1}{12} \approx 0{,}0833\) und \(P(\overline{E}) = \frac{11}{12} \approx 0{,}9167\).
43086212
Aus einer Menge von Karten mit den Aufschriften \(1\) bis \(50\) wird eine Karte zufällig ausgewählt. Das Ereignis \(E\) ist definiert als: „Die Zahl auf der Karte ist eine Primzahl oder eine Quadratzahl“. Formuliere das Gegenereignis \(\overline{E}\) und berechne die Wahrscheinlichkeiten \(P(E)\) und \(P(\overline{E})\).

Denkanstöße

- Erstelle eine Liste aller Zahlen, die die eine oder die andere Bedingung erfüllen. - Achte darauf, ob es Zahlen gibt, die eventuell beide Bedingungen gleichzeitig erfüllen könnten. - Ist die Zahl \(1\) eine Primzahl? - Wie lautet die Verneinung von „A oder B“?

Lösung

1. Auflistung der Primzahlen bis \(50\): \(2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37, 41, 43, 47\). Das sind \(15\) Zahlen. 2. Auflistung der Quadratzahlen bis \(50\): \(1, 4, 9, 16, 25, 36, 49\). Das sind \(7\) Zahlen. 3. Prüfung auf Schnittmengen: Da \(1\) keine Primzahl ist und alle anderen Quadratzahlen \(n^2\) für \(n > 1\) zusammengesetzte Zahlen sind, gibt es keine Überschneidungen. 4. Bestimmung der Mächtigkeit von \(E\): \(|E| = 15 + 7 = 22\). 5. Berechnung von \(P(E)\): Bei \(|\Omega| = 50\) ist \(P(E) = \frac{22}{50} = 0{,}44\). 6. Definition von \(\overline{E}\): Die Zahl ist weder eine Primzahl noch eine Quadratzahl. 7. Berechnung von \(P(\overline{E})\): \(P(\overline{E}) = 1 - 0{,}44 = 0{,}56\).

Antwort

Das Gegenereignis \(\overline{E}\) lautet: „Die Zahl ist weder eine Primzahl noch eine Quadratzahl“. Die Wahrscheinlichkeiten sind \(P(E) = 0{,}44\) und \(P(\overline{E}) = 0{,}56\).
43086312
Aus einer Urne mit 150 gleichartigen, von 1 bis 150 nummerierten Kugeln wird eine Kugel zufällig gezogen. Es werden die folgenden Ereignisse betrachtet: \(E_1\): Die gezogene Zahl ist durch 6 teilbar. \(E_2\): Die gezogene Zahl ist durch 10 teilbar. a) Berechne die Wahrscheinlichkeiten \(P(E_1)\) und \(P(E_2)\). b) Bestimme die Ergebnismenge des Ereignisses \(E_1 \cap E_2\) und gib die zugehörige Wahrscheinlichkeit an. c) Berechne die Wahrscheinlichkeit für das Ereignis \(E_1 \cup E_2\). d) Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass die gezogene Zahl durch 6, aber nicht durch 10 teilbar ist?

Denkanstöße

- Überlege zuerst, wie viele Zahlen im Bereich bis 150 jeweils die geforderte Eigenschaft erfüllen. - Wie findet man Zahlen, die gleichzeitig durch zwei verschiedene Werte teilbar sind? - Erinnere dich an den Additionssatz für die Wahrscheinlichkeit der Vereinigung zweier Ereignisse. - Wenn ein Ereignis eintreten soll, ein anderes aber nicht, kannst du das über die Differenz der Mengen betrachten.

Lösung

1. Berechnung von \(P(E_1)\) und \(P(E_2)\): Da es sich um ein Laplace-Experiment handelt, gilt \(P(E) = \frac{|E|}{|\Omega|}\). Mit \(|\Omega| = 150\) ergeben sich \(|E_1| = 150 : 6 = 25\) und \(|E_2| = 150 : 10 = 15\). Somit ist \(P(E_1) = \frac{25}{150} = \frac{1}{6}\) und \(P(E_2) = \frac{15}{150} = \frac{1}{10} = 0{,}1\). 2. Bestimmung von \(E_1 \cap E_2\): Eine Zahl ist genau dann durch 6 und 10 teilbar, wenn sie durch das kleinste gemeinsame Vielfache \(\text{kgV}(6, 10) = 30\) teilbar ist. Die Ergebnismenge ist \(E_1 \cap E_2 = \{30; 60; 90; 120; 150\}\). Es gilt \(|E_1 \cap E_2| = 5\), also \(P(E_1 \cap E_2) = \frac{5}{150} = \frac{1}{30}\). 3. Berechnung von \(P(E_1 \cup E_2)\): Nach dem Additionssatz gilt \(P(E_1 \cup E_2) = P(E_1) + P(E_2) - P(E_1 \cap E_2) = \frac{25}{150} + \frac{15}{150} - \frac{5}{150} = \frac{35}{150} = \frac{7}{30}\). 4. Wahrscheinlichkeit für \(E_1 \setminus E_2\): Gesucht ist \(P(E_1 \cap \bar{E_2}) = P(E_1) - P(E_1 \cap E_2) = \frac{25}{150} - \frac{5}{150} = \frac{20}{150} = \frac{2}{15}\).

Antwort

a) \(P(E_1) = \frac{1}{6}\); \(P(E_2) = \frac{1}{10}\) b) \(E_1 \cap E_2 = \{30; 60; 90; 120; 150\}\); \(P(E_1 \cap E_2) = \frac{1}{30}\) c) \(P(E_1 \cup E_2) = \frac{7}{30}\) d) \(P = \frac{2}{15}\)
43086912
In einer Umfrage unter \(500\) Personen wurde das Freizeitverhalten untersucht. Dabei gaben \(42\,\%\) der Befragten an, regelmäßig Sport zu treiben (\(S\)), während \(35\,\%\) regelmäßig Bücher lesen (\(L\)). Die relative Häufigkeit der Personen, die keiner dieser beiden Tätigkeiten nachgehen, liegt bei \(0{,}38\). Eine der befragten Personen wird zufällig ausgewählt. a) Berechne die Wahrscheinlichkeit \(P(S \cap L)\), dass die Person sowohl Sport treibt als auch Bücher liest. b) Bestimme die Wahrscheinlichkeit, dass die Person zwar Bücher liest, aber keinen Sport treibt.

Denkanstöße

- Was sagt dir die Information über die Personen, die „keiner der beiden Tätigkeiten“ nachgehen, über die Vereinigung der beiden Ereignisse? - Kennst du eine Formel, die die Wahrscheinlichkeiten der Einzelereignisse, ihrer Vereinigung und ihrer Schnittmenge miteinander verknüpft? - Wie hängen die Wahrscheinlichkeiten „Liest Bücher“ und „Liest Bücher und treibt Sport“ mit „Liest Bücher, aber treibt keinen Sport“ zusammen? - Vielleicht hilft es dir, die Anteile in einem Venn-Diagramm oder einer Vierfeldertafel darzustellen.

Lösung

1. Bestimmung der Wahrscheinlichkeit für das Eintreten von mindestens einem der beiden Ereignisse über das Gegenereignis: \(P(S \cup L) = 1 - P(\overline{S} \cap \overline{L}) = 1 - 0{,}38 = 0{,}62\). 2. Anwendung des Additionssatzes für Wahrscheinlichkeiten: \(P(S \cup L) = P(S) + P(L) - P(S \cap L)\). 3. Umstellen nach der gesuchten Schnittmenge für Aufgabenteil a): \(P(S \cap L) = P(S) + P(L) - P(S \cup L) = 0{,}42 + 0{,}35 - 0{,}62 = 0{,}15\). 4. Berechnung der Differenzmenge für Aufgabenteil b): \(P(L \cap \overline{S}) = P(L) - P(S \cap L) = 0{,}35 - 0{,}15 = 0{,}20\).

Antwort

a) \(P(S \cap L) = 0{,}15\) (oder \(15\,\%\)) b) Die Wahrscheinlichkeit beträgt \(0{,}20\) (oder \(20\,\%\)).
43087112
In einer Lostrommel befinden sich \(100\) Lose mit den Nummern \(1\) bis \(100\). Ein Los wird zufällig gezogen. Es werden die folgenden Ereignisse betrachtet: \(A\): Die gezogene Zahl ist durch \(5\) teilbar. \(B\): Die gezogene Zahl ist durch \(8\) teilbar. \(C\): Die gezogene Zahl ist durch \(20\) teilbar. Bestimme die Wahrscheinlichkeiten \(P(A)\), \(P(B)\) und \(P(C)\). Berechne anschließend die Wahrscheinlichkeiten für die Ereignisse \(A \cup B\) („Die Zahl ist durch \(5\) oder durch \(8\) teilbar“) und \(A \cap C\) („Die Zahl ist durch \(5\) und durch \(20\) teilbar“).

Denkanstöße

- Überlege dir zuerst, wie viele Zahlen zwischen 1 und 100 die jeweilige Bedingung erfüllen. - Was bedeutet das Wort „oder“ in der Mengenlehre für die Berechnung der Wahrscheinlichkeit? - Gibt es Zahlen, die in beiden Mengen gleichzeitig vorkommen? - Wie hängen die Bedingungen „durch 5 teilbar“ und „durch 20 teilbar“ logisch zusammen?

Lösung

1. Bestimmung der Mächtigkeiten der Ereignisse im Ergebnisraum \(S = \{1, 2, \dots, 100\}\): \(|A| = \lfloor 100 : 5 \rfloor = 20\) \(|B| = \lfloor 100 : 8 \rfloor = 12\) \(|C| = \lfloor 100 : 20 \rfloor = 5\) 2. Berechnung der Einzelwahrscheinlichkeiten (Laplace-Experiment): \(P(A) = \frac{20}{100} = 0{,}2\) \(P(B) = \frac{12}{100} = 0{,}12\) \(P(C) = \frac{5}{100} = 0{,}05\) 3. Schnittmenge \(A \cap B\): Zahlen, die durch \(\text{kgV}(5, 8) = 40\) teilbar sind: \(\{40, 80\}\). Somit \(|A \cap B| = 2\). 4. Additionssatz für \(P(A \cup B)\): \(P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B) = 0{,}2 + 0{,}12 - \frac{2}{100} = 0{,}32 - 0{,}02 = 0{,}3\) 5. Schnittmenge \(A \cap C\): Da jede durch \(20\) teilbare Zahl auch durch \(5\) teilbar ist, gilt \(C \subset A\), also \(A \cap C = C\). \(P(A \cap C) = P(C) = 0{,}05\)

Antwort

\(P(A) = 0{,}2\); \(P(B) = 0{,}12\); \(P(C) = 0{,}05\); \(P(A \cup B) = 0{,}3\); \(P(A \cap C) = 0{,}05\)
43087312
In einer Umfrage unter Jugendlichen gaben \(75\,\%\) der Befragten an, regelmäßig einen Video-Streaming-Dienst zu nutzen. \(65\,\%\) der Befragten gaben an, ein Abonnement für eine Musik-App zu besitzen. Ein Jugendlicher aus dieser Gruppe wird zufällig ausgewählt. Bestimme, wie groß die Wahrscheinlichkeit dafür sein kann, dass dieser Jugendliche (1) beide Dienste nutzt, mindestens bzw. höchstens sein kann. (2) mindestens einen der beiden Dienste nutzt, mindestens bzw. höchstens sein kann.

Denkanstöße

- Überlege dir, wie die beiden Gruppen im Extremfall zueinander liegen könnten: Könnte eine Gruppe komplett in der anderen enthalten sein? - Was ist der kleinstmögliche gemeinsame Bereich, wenn die Gruppen so weit wie möglich „auseinandergeschoben“ werden? - Bedenke, dass die Gesamtwahrscheinlichkeit aller Möglichkeiten niemals \(100\,\%\) überschreiten darf. - Wie hängen die Wahrscheinlichkeiten für „A oder B“ und „A und B“ mathematisch zusammen?

Lösung

1. Definition der Ereignisse: \(S\) für Streaming-Dienst mit \(P(S) = 0{,}75\) und \(M\) für Musik-App mit \(P(M) = 0{,}65\). 2. Für die Schnittmenge \(P(S \cap M)\) gilt: Die maximale Wahrscheinlichkeit tritt ein, wenn das kleinere Ereignis eine Teilmenge des größeren ist, also \(P(S \cap M)_{\text{max}} = \min(0{,}75; 0{,}65) = 0{,}65\). Die minimale Wahrscheinlichkeit ergibt sich aus der Bedingung \(P(S \cup M) \le 1\), woraus folgt \(P(S \cap M) \ge P(S) + P(M) - 1\). Somit ist \(P(S \cap M)_{\text{min}} = 0{,}75 + 0{,}65 - 1 = 0{,}40\). 3. Für die Vereinigungsmenge \(P(S \cup M)\) gilt die Formel \(P(S \cup M) = P(S) + P(M) - P(S \cap M)\). Die minimale Wahrscheinlichkeit für die Vereinigung tritt beim maximalen Schnitt auf: \(0{,}75 + 0{,}65 - 0{,}65 = 0{,}75\). Die maximale Wahrscheinlichkeit für die Vereinigung tritt beim minimalen Schnitt auf: \(0{,}75 + 0{,}65 - 0{,}40 = 1{,}00\).

Antwort

(1) Die Wahrscheinlichkeit für beide Dienste ist mindestens \(40\,\%\) und höchstens \(65\,\%\). (2) Die Wahrscheinlichkeit für mindestens einen Dienst ist mindestens \(75\,\%\) und höchstens \(100\,\%\).
43096012
Bei einem Zufallsexperiment werden zwei ideale Würfel geworfen und die Augensumme \(S\) gebildet. a) Berechne die Wahrscheinlichkeit dafür, dass die Augensumme höchstens \(4\) oder mindestens \(10\) beträgt. b) Ermittle die Wahrscheinlichkeit des Gegenereignisses zum Ereignis \(E\): „Die Augensumme ist größer als \(3\) und kleiner als \(11\)“.

Denkanstöße

- Wie hängen die Wahrscheinlichkeiten von Ereignis und Gegenereignis zusammen? - Kannst du die Bedingung „größer als 3 und kleiner als 11“ mathematisch als Ungleichungskette formulieren? - Es hilft oft, die Anzahl der Möglichkeiten für jede Augensumme von 2 bis 12 kurz zu notieren. - Achte bei „höchstens“ und „mindestens“ darauf, ob die genannten Zahlen selbst noch dazugehören.

Lösung

1. Die Ergebnismenge umfasst \(|\Omega| = 36\) Ergebnisse. 2. Teilaufgabe a): Das Ereignis tritt ein, wenn \(S \in \{2, 3, 4, 10, 11, 12\}\). Die Anzahl der günstigen Ergebnisse für \(S \le 4\) ist \(1 + 2 + 3 = 6\). Die Anzahl für \(S \ge 10\) ist ebenfalls \(3 + 2 + 1 = 6\). Da die Mengen disjunkt sind, ist die Gesamtzahl der günstigen Fälle \(6 + 6 = 12\). Die Wahrscheinlichkeit ist \(P(S \le 4 \lor S \ge 10) = \frac{12}{36} = \frac{1}{3}\). 3. Teilaufgabe b): Das Ereignis \(E\) ist definiert durch \(3 < S < 11\), also \(S \in \{4, 5, 6, 7, 8, 9, 10\}\). Das Gegenereignis \(\bar{E}\) umfasst alle Summen, die nicht in \(E\) liegen, also \(S \in \{2, 3, 11, 12\}\). Die Anzahl der günstigen Ergebnisse für \(\bar{E}\) ist \(1 (S=2) + 2 (S=3) + 2 (S=11) + 1 (S=12) = 6\). Die Wahrscheinlichkeit ist \(P(\bar{E}) = \frac{6}{36} = \frac{1}{6}\).

Antwort

a) \(P = \frac{1}{3}\) b) \(P(\bar{E}) = \frac{1}{6}\)
42717812
In der axiomatischen Definition der Wahrscheinlichkeit wird die Additivität nur für disjunkte Ereignisse vorausgesetzt. a) Begründe mithilfe der Axiome von Kolmogorow, dass für zwei beliebige Ereignisse \(A\) und \(B\) die Gleichung \(P(A) = P(A \cap B) + P(A \cap \overline{B})\) gilt. b) Nutze die Zerlegung \(A \cup B = (A \cap \overline{B}) \cup B\), um die allgemeine Additionsregel \(P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B)\) herzuleiten.

Denkanstöße

- Versuche, ein Ereignis so darzustellen, dass es aus zwei Teilen besteht: dem Teil, der eine bestimmte Bedingung erfüllt, und dem Teil, der sie nicht erfüllt. - Warum sind die Mengen \(A \cap B\) und \(A \cap \overline{B}\) disjunkt? - Wie kannst du die Wahrscheinlichkeit \(P(A \cap \overline{B})\) mithilfe von \(P(A)\) und \(P(A \cap B)\) ausdrücken? - Nutze eine geschickte Zerlegung von \(A \cup B\), bei der eine der Teilmengen bereits das gesamte Ereignis \(B\) ist.

Lösung

1. Disjunkte Zerlegung von \(A\): Das Ereignis \(A\) lässt sich als Vereinigung der Teilmengen schreiben, die entweder in \(B\) liegen oder nicht in \(B\) liegen: \(A = (A \cap B) \cup (A \cap \overline{B})\). Da \((A \cap B) \cap (A \cap \overline{B}) = \emptyset\), sind diese disjunkt. 2. Anwendung von Axiom 3: Es folgt unmittelbar \(P(A) = P(A \cap B) + P(A \cap \overline{B})\). 3. Disjunkte Zerlegung von \(A \cup B\): Die Menge \(A \cup B\) besteht aus allen Elementen von \(B\) und jenen Elementen von \(A\), die nicht in \(B\) liegen. Es gilt \(A \cup B = (A \cap \overline{B}) \cup B\) mit \((A \cap \overline{B}) \cap B = \emptyset\). 4. Anwendung von Axiom 3: \(P(A \cup B) = P(A \cap \overline{B}) + P(B)\). 5. Substitution: Aus der Gleichung in Schritt 2 folgt \(P(A \cap \overline{B}) = P(A) - P(A \cap B)\). 6. Finale Herleitung: Einsetzen in die Gleichung aus Schritt 4 ergibt \(P(A \cup B) = P(A) - P(A \cap B) + P(B)\), was der allgemeinen Additionsregel entspricht.

Antwort

a) \(P(A) = P(A \cap B) + P(A \cap \overline{B})\) b) \(P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B)\)
42718412
Gegeben sind zwei beliebige Ereignisse \(E_1\) und \(E_2\). Leite die Ungleichung \(P(E_1 \cup E_2) \le P(E_1) + P(E_2)\) her, indem du das Axiom für die Wahrscheinlichkeit unvereinbarer Ereignisse (Additivität) nutzt. Hinweis: Zerlege die Menge \(E_1 \cup E_2\) in zwei disjunkte (unvereinbare) Teilmengen, von denen eine \(E_1\) ist.

Denkanstöße

- Erinnere dich an das Axiom für die Wahrscheinlichkeit der Vereinigung von Mengen, die keine gemeinsamen Elemente haben. - Wie kannst du die Fläche von zwei überlappenden Kreisen so aufteilen, dass du nur nicht-überlappende Teile hast? - Welche Beziehung besteht zwischen der Wahrscheinlichkeit einer Teilmenge und der Wahrscheinlichkeit der gesamten Menge?

Lösung

1. Die Vereinigungsmenge lässt sich als Vereinigung zweier disjunkter Mengen darstellen: \(E_1 \cup E_2 = E_1 \cup (E_2 \setminus E_1)\). Dabei ist \(E_2 \setminus E_1\) die Menge aller Ergebnisse, die in \(E_2\), aber nicht in \(E_1\) liegen. 2. Nach dem Axiom für unvereinbare Ereignisse gilt: \(P(E_1 \cup E_2) = P(E_1) + P(E_2 \setminus E_1)\). 3. Außerdem gilt die disjunkte Zerlegung \(E_2 = (E_2 \setminus E_1) \mathbin{\dot\cup} (E_1 \cap E_2)\). Mit Additivität und Nichtnegativität folgt \(P(E_2) = P(E_2 \setminus E_1) + P(E_1 \cap E_2) \ge P(E_2 \setminus E_1)\). 4. Durch Ersetzen im Term aus Schritt 2 erhält man die gesuchte Beziehung: \(P(E_1 \cup E_2) \le P(E_1) + P(E_2)\).

Antwort

Durch die disjunkte Zerlegung \(E_1 \cup E_2 = E_1 \cup (E_2 \cap \overline{E_1})\) folgt mit dem Additivitätsaxiom \(P(E_1 \cup E_2) = P(E_1) + P(E_2 \cap \overline{E_1})\). Da \(E_2 = (E_2 \cap \overline{E_1}) \mathbin{\dot\cup} (E_1 \cap E_2)\) gilt, folgt aus Additivität und Nichtnegativität \(P(E_2 \cap \overline{E_1}) \le P(E_2)\). Einsetzen ergibt \(P(E_1 \cup E_2) \le P(E_1) + P(E_2)\).
42718812
Für zwei beliebige Ereignisse \(A\) und \(B\), die nicht notwendigerweise unvereinbar sind, gilt der allgemeine Additionssatz: \(P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B)\) Beweise diese Formel unter Verwendung der Kolmogorow-Axiome. Nutze dazu die Zerlegung von Mengen in disjunkte Teilmengen.

Denkanstöße

- Versuche, die Menge \(A \cup B\) so darzustellen, dass sie aus zwei Teilen besteht, die sich nicht überlappen (disjunkt sind). - Wie kannst du die Menge \(B\) mithilfe der Schnittmenge \(A \cap B\) in zwei disjunkte Teile zerlegen? - Nutze das Additivitätsaxiom für diese Zerlegungen und versuche, einen gemeinsamen Term zu finden, den du ersetzen kannst.

Lösung

1. Zerlegung von \(A \cup B\) in unvereinbare Teilmengen: Es gilt \(A \cup B = A \cup (B \setminus A)\), wobei \(A \cap (B \setminus A) = \emptyset\). 2. Anwendung von Axiom 3 (Additivität): \(P(A \cup B) = P(A) + P(B \setminus A)\). 3. Zerlegung von \(B\) in unvereinbare Teilmengen: Es gilt \(B = (B \cap A) \cup (B \setminus A)\), wobei \((B \cap A) \cap (B \setminus A) = \emptyset\). 4. Anwendung von Axiom 3 auf \(B\): \(P(B) = P(B \cap A) + P(B \setminus A)\). 5. Umstellen nach der Differenzmenge: \(P(B \setminus A) = P(B) - P(A \cap B)\) (da \(B \cap A = A \cap B\)). 6. Substitution: Einsetzen des Ausdrucks für \(P(B \setminus A)\) in die Gleichung aus Schritt 2 liefert \(P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B)\).

Antwort

Durch die disjunkte Zerlegung \(A \cup B = A \cup (B \setminus A)\) folgt aus Axiom 3: \(P(A \cup B) = P(A) + P(B \setminus A)\). Da sich \(B\) ebenfalls disjunkt als \(B = (B \cap A) \cup (B \setminus A)\) darstellen lässt, gilt \(P(B) = P(A \cap B) + P(B \setminus A)\). Durch Auflösen nach \(P(B \setminus A)\) und Einsetzen in die erste Gleichung erhält man \(P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B)\).
43087412
Ein technisches Bauteil wird in einer Qualitätskontrolle auf drei verschiedene Kriterien geprüft. Aus langjährigen Daten ist bekannt, dass ein Bauteil mit einer Wahrscheinlichkeit von \(90\,\%\) maßhaltig ist (Kriterium A), mit \(85\,\%\) eine ausreichende Oberflächengüte besitzt (Kriterium B) und mit \(80\,\%\) die geforderte Materialfestigkeit aufweist (Kriterium C). Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein zufällig ausgewähltes Bauteil alle drei Kriterien gleichzeitig erfüllt, mindestens bzw. höchstens?

Denkanstöße

- Welches der drei Kriterien schränkt die maximale Anzahl an perfekten Bauteilen am stärksten ein? - Stell dir vor, die Fehler bei den verschiedenen Kriterien treten bei völlig unterschiedlichen Bauteilen auf. Wie viele Bauteile blieben dann noch übrig, die gar keinen Fehler haben? - Wie viel „Platz“ lassen die Gegenwahrscheinlichkeiten (die Wahrscheinlichkeiten für einen Defekt) insgesamt im Bereich bis \(100\,\%\)?

Lösung

1. Gegeben sind die Wahrscheinlichkeiten \(P(A) = 0{,}90\), \(P(B) = 0{,}85\) und \(P(C) = 0{,}80\). 2. Die maximale Wahrscheinlichkeit für die Schnittmenge \(P(A \cap B \cap C)\) ist durch die kleinste Einzelwahrscheinlichkeit begrenzt, da alle drei Ereignisse gleichzeitig eintreten müssen: \(P(A \cap B \cap C)_{\text{max}} = \min(0{,}90; 0{,}85; 0{,}80) = 0{,}80\). 3. Die minimale Wahrscheinlichkeit für den Schnitt von drei Ereignissen lässt sich über die Bonferroni-Ungleichung bestimmen: \(P(A \cap B \cap C) \ge P(A) + P(B) + P(C) - 2\). Einsetzen der Werte ergibt \(0{,}90 + 0{,}85 + 0{,}80 - 2 = 2{,}55 - 2 = 0{,}55\).

Antwort

Die Wahrscheinlichkeit, dass alle drei Kriterien erfüllt sind, beträgt mindestens \(55\,\%\) und höchstens \(80\,\%\).
43088012
In einer Urne befinden sich \(10\) Kugeln, die von \(1\) bis \(10\) durchnummeriert sind. Es werden nacheinander \(3\) Kugeln ohne Zurücklegen gezogen. a) Bestimme die Wahrscheinlichkeit, dass die Kugel mit der Nummer \(1\) unter den gezogenen Kugeln ist. b) Bestimme die Wahrscheinlichkeit, dass mindestens eine der beiden Kugeln mit den Nummern \(1\) oder \(2\) gezogen wird. c) Ein Schüler behauptet: „Wenn die Wahrscheinlichkeit für eine bestimmte Kugel \(3 \cdot \frac{1}{10}\) ist, dann muss die Wahrscheinlichkeit, dass mindestens eine von zwei bestimmten Kugeln dabei ist, logischerweise \(3 \cdot \frac{2}{10} = 0{,}6\) sein.“ Überprüfe diese Aussage mithilfe deiner Ergebnisse und erkläre den Denkfehler.

Denkanstöße

- Wie viele Möglichkeiten gibt es, 3 Kugeln aus 10 zu wählen? - Bei „mindestens“-Aufgaben ist es oft einfacher, das Gegenteil zu berechnen. - Wann darf man Wahrscheinlichkeiten von zwei Ereignissen einfach addieren? - Überlege dir, ob es möglich ist, dass beide Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind.

Lösung

1. Wahrscheinlichkeit für Kugel \(1\): Die Anzahl der Möglichkeiten, \(3\) aus \(10\) Kugeln zu ziehen, ist \(\binom{10}{3} = 120\). Die günstigen Fälle (Kugel \(1\) ist dabei) sind \(\binom{1}{1} \cdot \binom{9}{2} = 36\). Damit gilt \(P(\text{Kugel } 1) = \frac{36}{120} = \frac{3}{10} = 0{,}3\). 2. Wahrscheinlichkeit für mindestens eine aus \(\{1,2\}\): Berechnung über das Gegenereignis (weder \(1\) noch \(2\) wird gezogen). Die Anzahl der Möglichkeiten, \(3\) Kugeln aus den restlichen \(8\) zu ziehen, ist \(\binom{8}{3} = 56\). Die Wahrscheinlichkeit für das Gegenereignis ist \(\frac{56}{120} = \frac{7}{15}\). Die gesuchte Wahrscheinlichkeit ist \(P(\text{mind. eine}) = 1 - \frac{7}{15} = \frac{8}{15} \approx 0{,}533\). 3. Analyse des Denkfehlers: Die Behauptung des Schülers ist falsch, da \(0{,}533 \neq 0{,}6\). Der Fehler liegt darin, dass die Ereignisse „Kugel \(1\) wird gezogen“ und „Kugel \(2\) wird gezogen“ nicht unvereinbar (disjunkt) sind. Es ist möglich, dass beide Kugeln gleichzeitig gezogen werden. Die einfache Addition der Wahrscheinlichkeiten (oder die Verdopplung) zählt den Fall, in dem beide Kugeln in der Auswahl enthalten sind, doppelt.

Antwort

a) \(P = 0{,}3\) b) \(P = \frac{8}{15} \approx 0{,}533\) c) Die Aussage ist falsch. Der Denkfehler liegt in der Annahme, dass die Ereignisse disjunkt seien; die Schnittmenge (beide Kugeln werden gezogen) wird bei der Rechnung des Schülers fälschlicherweise doppelt gezählt.

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.