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Stellen Sie aus rund 25.000 Matheaufgaben von der 3. bis zur 13. Klasse Ihre eigenen Arbeitsblätter zusammen. Alle Aufgaben enthalten Lösungsschritte.

Binomialwahrscheinlichkeiten in Intervallen

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55217012
Das Säulendiagramm zeigt die Wahrscheinlichkeitsverteilung der binomialverteilten Zufallsgröße \(X\sim B(4,0{,}5)\). Bestimme \(P(1\le X\le3)\) aus dem Diagramm.
Abbildung zur Aufgabe 552170

Denkanstöße

- Welche ganzzahligen Werte gehören zum geschlossenen Intervall von \(1\) bis \(3\)? - Welche Säulenhöhen gehören genau zu diesen Werten?

Lösung

1. Zum Intervall \(1\le X\le3\) gehören die Werte \(1\), \(2\) und \(3\). 2. Aus dem Diagramm liest man \(P(X=1)=\frac{4}{16}\), \(P(X=2)=\frac{6}{16}\) und \(P(X=3)=\frac{4}{16}\) ab. 3. Daher gilt \(P(1\le X\le3)=\frac{4+6+4}{16}=\frac{14}{16}=0{,}875\).

Antwort

\(P(1\le X\le3)=0{,}875\)
55217112
Eine ganzzahlige Zufallsgröße \(X\) ist binomialverteilt. Schreibe die Intervallwahrscheinlichkeit \(P(3\le X\le5)\) als Differenz zweier kumulierter Wahrscheinlichkeiten der Form \(P(X\le k)\).

Denkanstöße

- Welcher kumulierte Wert enthält bereits die gesamte obere Intervallgrenze? - Bis zu welchem Wert musst du anschließend alles entfernen, damit \(3\) noch enthalten bleibt?

Lösung

1. \(P(X\le5)\) enthält alle Werte von \(0\) bis \(5\). 2. Um nur die Werte \(3\), \(4\) und \(5\) zu behalten, werden die Werte bis einschließlich \(2\) abgezogen. 3. Daher gilt \(P(3\le X\le5)=P(X\le5)-P(X\le2)\).

Antwort

\(P(3\le X\le5)=P(X\le5)-P(X\le2)\)
55709312
Das Säulendiagramm zeigt eine Binomialverteilung. Berechne allein aus den dargestellten Säulen \(P(0<X\le2)\). Gib zuerst an, welche Säulen zum Ereignis gehören, und addiere anschließend ihre Wahrscheinlichkeiten.
Abbildung zur Aufgabe 557093

Denkanstöße

- Übersetze zuerst die linke und rechte Intervallgrenze in ganzzahlige Werte von \(X\). - Lies danach nur die Höhen der tatsächlich benötigten Säulen ab. - Addiere die Wahrscheinlichkeitsmassen der eingeschlossenen Werte.

Lösung

1. Wegen \(0<X\le2\) gehören die Säulen bei \(k=1\) und \(k=2\) zum Ereignis. 2. Aus dem Diagramm liest man für beide Säulen jeweils \(\frac{3}{8}\) ab. 3. Daher ist \(P(0<X\le2)=\frac{3}{8}+\frac{3}{8}=\frac{6}{8}=\frac{3}{4}\).

Antwort

Die Säulen bei \(k=1\) und \(k=2\) gehören dazu; \(P(0<X\le2)=\frac{3}{4}\).
42704012
Erkläre die Bedeutung der folgenden Terme und bestimme die Wahrscheinlichkeiten. a) Für \(X\sim B(8,0{,}25)\): \(\sum_{i=3}^{5}P(X=i)\) b) Für \(Y\sim B(12,0{,}5)\): \(\sum_{i=4}^{6}P(Y=i)\)

Denkanstöße

- Welche Werte des Laufindex werden in jeder Summe tatsächlich erfasst? - Jeder Summand ist eine Punktwahrscheinlichkeit für genau einen Wert der Zufallsgröße. - Formuliere die enthaltenen Werte jeweils als geschlossenes Intervall.

Lösung

1. a) Der Term beschreibt das Ereignis \(3\le X\le5\). Die Summe der drei Punktwahrscheinlichkeiten ist \(\frac{10395}{32768}\). 2. b) Der Term beschreibt das Ereignis \(4\le Y\le6\). Es gilt \(\frac{495}{4096}+\frac{792}{4096}+\frac{924}{4096}=\frac{2211}{4096}\).

Antwort

a) \(P(3\le X\le5)=\frac{10395}{32768}\) b) \(P(4\le Y\le6)=\frac{2211}{4096}\)
42721612
In einem Modell eines Logistikzentrums werden \(15\,\%\) der Pakete wegen unleserlicher Adressen aussortiert. An einem Vormittag werden \(120\) Pakete unabhängig modelliert. Sei \(X\) die Anzahl der aussortierten Pakete. Bestimme \(P(12\le X\le24)\). Gib das Ergebnis als Prozentsatz mit zwei Nachkommastellen an.

Denkanstöße

- Welche Parameter besitzt die Binomialverteilung von \(X\)? - Welcher kumulierte Wert muss abgezogen werden, damit \(12\) noch enthalten ist? - Runde erst das Endergebnis.

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(120,0{,}15)\). 2. Für das geschlossene Intervall ist \(P(12\le X\le24)=F(24)-F(11)\). 3. Mit ungerundeten kumulierten Werten ergibt sich \(P(12\le X\le24)\approx0{,}9051727\), also \(90{,}52\,\%\).

Antwort

\(90{,}52\,\%\)
42875712
An einem Glücksrad gewinnt Nora in jedem Spiel mit einer Wahrscheinlichkeit von \(20\,\%\). Die Ergebnisse der einzelnen Drehungen werden als voneinander unabhängig angenommen. Nora dreht das Rad \(10\)-mal hintereinander. Berechne die Wahrscheinlichkeit dafür, dass sie dabei mindestens einmal, aber höchstens dreimal gewinnt. Gib das Ergebnis als Prozentsatz mit zwei Nachkommastellen an.

Denkanstöße

- Welche Gewinnzahlen gehören zu „mindestens einmal, aber höchstens dreimal“? - Welche Werte haben \(n\) und \(p\)? - Welche Punktwahrscheinlichkeiten musst du für das Intervall addieren?

Lösung

1. Sei \(X\) die Anzahl der Gewinne. Dann gilt \(X\sim B(10,0{,}2)\). 2. Gesucht ist \(P(1\le X\le3)=P(X=1)+P(X=2)+P(X=3)\). 3. Damit gilt \(P(1\le X\le3)\approx77{,}18\,\%\).

Antwort

\(77{,}18\,\%\)
42875812
Für Mateo wird im Modell angenommen, dass er einen Freiwurf unabhängig von den anderen Würfen mit der konstanten Wahrscheinlichkeit \(60\,\%\) trifft. Er führt \(15\) Freiwürfe aus. Die Zufallsgröße \(X\) beschreibt die Anzahl seiner Treffer. Bestimme die Wahrscheinlichkeit dafür, dass Mateo zwischen \(8\) und \(10\) Treffer einschließlich erzielt. Gib das Ergebnis als Prozentsatz mit zwei Nachkommastellen an.

Denkanstöße

- Welche ganzzahligen Trefferzahlen gehören zum angegebenen Bereich? - Welche Verteilung beschreibt die Trefferzahl unter den Modellannahmen? - Wie kannst du die Wahrscheinlichkeit eines kurzen geschlossenen Intervalls aus den zugehörigen Punktwahrscheinlichkeiten zusammensetzen?

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(15,0{,}6)\). 2. Gesucht ist \(P(8\le X\le10)=P(X=8)+P(X=9)+P(X=10)\). 3. Die Summe der drei Binomial-Punktwahrscheinlichkeiten ergibt \(P(8\le X\le10)\approx0{,}569619\).

Antwort

\(56{,}96\,\%\)
43088512
Ein Glücksrad hat \(5\) gleich große Sektoren, von denen einer blau markiert ist. Das Rad wird \(6\)-mal nacheinander gedreht; die Ergebnisse der Drehungen werden als voneinander unabhängig angenommen. Bestimme die Wahrscheinlichkeit für folgende Ereignisse: (1) Das Rad bleibt genau \(2\)-mal auf dem blauen Sektor stehen. (2) Das Rad bleibt höchstens einmal auf dem blauen Sektor stehen. (3) Das Rad bleibt mindestens einmal auf dem blauen Sektor stehen.

Denkanstöße

- Welche Zufallsgröße zählt die Treffer auf dem blauen Sektor? - Welche Trefferzahlen gehören jeweils zu „höchstens einmal“ und „mindestens einmal“? - Bei welchem Ereignis ist das Gegenereignis besonders kurz zu berechnen?

Lösung

1. Mit der Trefferzahl \(X\), \(n=6\) und \(p=\frac{1}{5}=0{,}2\) gilt wegen der unabhängigen Drehungen \(X\sim B(6,0{,}2)\). 2. \(P(X=2)=\binom{6}{2}0{,}2^2\cdot0{,}8^4=0{,}24576\). 3. \(P(X\le1)=P(X=0)+P(X=1)=0{,}262144+0{,}393216=0{,}65536\). 4. Mit dem Gegenereignis gilt \(P(X\ge1)=1-P(X=0)=1-0{,}8^6=0{,}737856\).

Antwort

(1) \(0{,}24576\), also \(24{,}576\,\%\) (2) \(0{,}65536\), also \(65{,}536\,\%\) (3) \(0{,}737856\), also \(73{,}7856\,\%\)
43088612
In einem Modell für die Produktion von Mikrochips ist jeder Chip unabhängig von den anderen mit der konstanten Wahrscheinlichkeit \(p=0{,}05\) fehlerhaft. Es werden \(10\) Chips betrachtet. Berechne die Wahrscheinlichkeit für folgende Fälle: (1) Genau ein Chip ist fehlerhaft. (2) Keiner der Chips ist fehlerhaft. (3) Mehr als zwei Chips sind fehlerhaft. Gib die Ergebnisse als Prozentwerte auf zwei Nachkommastellen an.

Denkanstöße

- Welche Bedingungen des Binomialmodells sind im Aufgabentext festgelegt? - Welche Trefferzahlen gehören zum Gegenereignis von „mehr als zwei“? - Vermeide frühes Runden, wenn mehrere Wahrscheinlichkeiten kombiniert werden.

Lösung

1. Für die Anzahl \(X\) der fehlerhaften Chips gilt \(X\sim B(10,0{,}05)\). 2. \(P(X=1)=\binom{10}{1}0{,}05\cdot0{,}95^9\approx0{,}315125\), also \(31{,}51\,\%\). 3. \(P(X=0)=0{,}95^{10}\approx0{,}598737\), also \(59{,}87\,\%\). 4. Für Teil (3) gilt \(P(X>2)=1-\sum_{k=0}^{2}\binom{10}{k}0{,}05^k\cdot0{,}95^{10-k}\approx0{,}011504\), also \(1{,}15\,\%\).

Antwort

(1) \(31{,}51\,\%\) (2) \(59{,}87\,\%\) (3) \(1{,}15\,\%\)
43088712
Ein Multiple-Choice-Test umfasst \(8\) Aufgaben mit jeweils \(4\) Antwortmöglichkeiten. Nur eine Antwort pro Aufgabe ist korrekt. Yuna Park wählt bei jeder Aufgabe unabhängig von den anderen Aufgaben rein zufällig eine der vier Antworten aus. a) Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass genau drei Antworten richtig sind? Gib das Ergebnis als Prozentwert auf zwei Nachkommastellen an. b) Bestimme die Wahrscheinlichkeit dafür, dass mehr als sechs Antworten richtig sind. Gib das Ergebnis als exakten Bruch an.

Denkanstöße

- Welche Trefferwahrscheinlichkeit hat eine zufällig gewählte Antwort bei jeder Aufgabe? - Welche Trefferzahlen erfüllen die Bedingung „mehr als sechs“? - Kannst du die obere Randwahrscheinlichkeit als Summe weniger Punktwahrscheinlichkeiten schreiben?

Lösung

1. Für die Anzahl \(X\) der richtigen Antworten gilt \(X\sim B(8,0{,}25)\). 2. \(P(X=3)=\binom{8}{3}0{,}25^3\cdot0{,}75^5\approx0{,}207642\), also \(20{,}76\,\%\). 3. Für „mehr als sechs“ gilt \(P(X>6)=P(X=7)+P(X=8)\). 4. Es ist \(P(X=7)=\frac{24}{65536}\) und \(P(X=8)=\frac{1}{65536}\). 5. Daher gilt \(P(X>6)=\frac{25}{65536}\).

Antwort

a) \(20{,}76\,\%\) b) \(\frac{25}{65536}\)
43089512
Bühnenkünstler Theo Winter behauptet, die Farbe einer verdeckten Spielkarte (Rot oder Schwarz) vorhersagen zu können. In einem Experiment werden ihm nacheinander \(12\) Karten aus einem gut gemischten Deck gezeigt, wobei jede Karte nach dem Raten wieder zurückgelegt und das Deck neu gemischt wird. Angenommen, Theo besitzt keine hellseherischen Fähigkeiten und rät rein zufällig. a) Berechne die Wahrscheinlichkeit, dass Theo bei diesem Test genau \(9\) Karten richtig benennt. b) Bestimme die Wahrscheinlichkeit, dass er mindestens \(10\)-mal die richtige Farbe rät.

Denkanstöße

- Bestimme die Anzahl der Versuche und die Trefferwahrscheinlichkeit pro Versuch. - Für „genau 9“ brauchst du eine einzelne Binomial-Punktwahrscheinlichkeit. - „Mindestens 10“ umfasst drei mögliche Trefferzahlen.

Lösung

1. Wegen Zurücklegen und erneutem Mischen werden die \(12\) Rateversuche unabhängig mit konstanter Erfolgswahrscheinlichkeit \(p=0{,}5\) modelliert. Damit gilt \(X\sim B(12,0{,}5)\). 2. \(P(X=9)=\binom{12}{9}(0{,}5)^{12}=\frac{220}{4096}=\frac{55}{1024}\). 3. \(P(X\ge10)=P(X=10)+P(X=11)+P(X=12)=\frac{66+12+1}{4096}=\frac{79}{4096}\).

Antwort

a) \(\frac{55}{1024}\) b) \(\frac{79}{4096}\)
43091012
Ein Online-Shop verschickt Testpakete. In jedem Paket befindet sich mit einer Wahrscheinlichkeit von \(20\,\%\) ein Gutschein für den nächsten Einkauf. Nora Jensen bestellt \(12\) solcher Testpakete. Die Zuteilung der Gutscheine erfolgt für jedes Paket unabhängig. Bestimme die Wahrscheinlichkeit für folgende Fälle: a) Genau drei der Pakete enthalten einen Gutschein. b) Mindestens eines der Pakete enthält einen Gutschein. Gib die Ergebnisse als Prozentwerte auf zwei Nachkommastellen an.

Denkanstöße

- Bleibt die Gutscheinwahrscheinlichkeit von Paket zu Paket gleich? - Welche Punktwahrscheinlichkeit gehört zu „genau drei“? - Bei „mindestens eins“ hilft das Gegenereignis „kein Gutschein“.

Lösung

1. Da die Pakete unabhängig voneinander mit der konstanten Wahrscheinlichkeit \(p=0{,}2\) einen Gutschein enthalten, ist die Zufallsgröße \(X\) binomialverteilt mit \(n=12\) und \(p=0{,}2\). 2. \(P(X=3)=\binom{12}{3}0{,}2^3\cdot0{,}8^9\approx0{,}236223\), also \(23{,}62\,\%\). 3. Das Gegenereignis zu „mindestens ein Gutschein“ ist \(X=0\). Daher ist \(P(X\ge1)=1-0{,}8^{12}\approx0{,}931281\), also \(93{,}13\,\%\).

Antwort

a) \(23{,}62\,\%\) b) \(93{,}13\,\%\)
43091112
Basketballspieler Kenji Mori hat bei Freiwürfen die Trefferwahrscheinlichkeit \(p=0{,}75\). In einem Training führt er eine Serie von \(6\) Freiwürfen aus. Die einzelnen Würfe werden als voneinander unabhängig modelliert. a) Berechne die Wahrscheinlichkeit dafür, dass Kenji genau \(4\) Treffer erzielt. b) Bestimme die Wahrscheinlichkeit, dass er bei dieser Serie mindestens \(5\)-mal trifft. Gib beide Ergebnisse als Prozentwerte auf zwei Nachkommastellen an.

Denkanstöße

- Identifiziere zunächst \(n\) und \(p\) der Binomialverteilung. - Für a) wird eine Punktwahrscheinlichkeit gesucht. - „Mindestens 5“ umfasst die Trefferzahlen \(5\) und \(6\).

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(6,0{,}75)\). 2. \(P(X=4)=\binom{6}{4}0{,}75^4\cdot0{,}25^2=0{,}296630859375\), also \(29{,}66\,\%\). 3. \(P(X\ge5)=\binom{6}{5}0{,}75^5\cdot0{,}25+0{,}75^6=0{,}533935546875\), also \(53{,}39\,\%\).

Antwort

a) \(29{,}66\,\%\) b) \(53{,}39\,\%\)
43101312
Bestimme für eine binomialverteilte Zufallsgröße \(X\) mit \(n=30\) und \(p=0{,}2\) die folgenden Wahrscheinlichkeiten. Runde auf vier Dezimalstellen: a) \(P(X\le4)\) b) \(P(X>8)\) c) \(P(5\le X\le10)\)

Denkanstöße

- Nutze bei „mehr als“ das Gegenereignis. - Für ein geschlossenes Intervall gilt \(F(b)-F(a-1)\). - Achte auf die eingeschlossenen Randwerte.

Lösung

1. Mit \(F(k)=P(X\le k)\) liefert die kumulative Binomialfunktion \(F(4)\approx0{,}2552\). 2. \(P(X>8)=1-F(8)\approx0{,}1287\). 3. \(P(5\le X\le10)=F(10)-F(4)\approx0{,}7192\), mit ungerundeten Rechnerwerten.

Antwort

a) \(0{,}2552\) b) \(0{,}1287\) c) \(0{,}7192\)
43101412
Eine Zufallsgröße \(X\) ist binomialverteilt mit \(n=80\) und \(p=0{,}35\). Berechne die folgenden Wahrscheinlichkeiten und runde auf vier Dezimalstellen: a) \(P(X\le20)\) b) \(P(22<X<32)\)

Denkanstöße

- Welche ganzen Zahlen liegen strikt zwischen 22 und 32? - Wie wird ein geschlossenes Intervall aus kumulierten Wahrscheinlichkeiten gebildet? - Achte auf die Randwerte.

Lösung

1. Die kumulative Binomialfunktion liefert \(F(20)\approx0{,}0368\). 2. Wegen der Ganzzahligkeit gilt \(22<X<32\iff23\le X\le31\). Daher ist \(P(23\le X\le31)=F(31)-F(22)\approx0{,}6980\), mit ungerundeten Rechnerwerten.

Antwort

a) \(0{,}0368\) b) \(0{,}6980\)
43107112
Für ein Modell werden \(80\) Studierende betrachtet. Jede Person besitzt unabhängig von den anderen mit der konstanten Wahrscheinlichkeit \(p=0{,}025\) eine Dauerkarte für die Heimspiele eines Basketballvereins. Die Zufallsgröße \(X\) gibt die Anzahl der Personen mit Dauerkarte an. a) Berechne die Wahrscheinlichkeit dafür, dass genau zwei Personen eine Dauerkarte besitzen. b) Bestimme die Wahrscheinlichkeit, dass höchstens drei Personen eine Dauerkarte besitzen. c) Mit welcher Wahrscheinlichkeit besitzt mindestens eine Person eine Dauerkarte? Gib die Ergebnisse als Prozentwerte auf zwei Nachkommastellen an.

Denkanstöße

- Welche Parameter hat die Binomialverteilung von \(X\)? - Welche Trefferzahlen gehören zu „höchstens drei“? - Welches Gegenereignis vereinfacht „mindestens eine Person“?

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(80,0{,}025)\). 2. \(P(X=2)=\binom{80}{2}0{,}025^2\cdot0{,}975^{78}\approx0{,}274111\), also \(27{,}41\,\%\). 3. \(P(X\le3)\approx0{,}859432\), also \(85{,}94\,\%\). 4. Mit dem Gegenereignis gilt \(P(X\ge1)=1-P(X=0)=1-0{,}975^{80}\approx0{,}868062\), also \(86{,}81\,\%\).

Antwort

a) \(27{,}41\,\%\) b) \(85{,}94\,\%\) c) \(86{,}81\,\%\)
43113312
Eine binomialverteilte Zufallsgröße \(X\) hat die Parameter \(n=150\) und \(p=0{,}4\). 1. Berechne den Erwartungswert \(\mu\). 2. Bestimme die Wahrscheinlichkeit dafür, dass der Wert von \(X\) um höchstens \(5\) vom Erwartungswert abweicht. Runde auf vier Dezimalstellen.

Denkanstöße

- Wie berechnest du den Erwartungswert einer Binomialverteilung? - Welche ganzzahligen Grenzen beschreibt „um höchstens \(5\)“? - Wie lässt sich die Intervallwahrscheinlichkeit mit \(F\) ausdrücken?

Lösung

1. Es gilt \(\mu=np=150\cdot0{,}4=60\). 2. „Um höchstens \(5\) abweichen“ bedeutet \(55\le X\le65\). 3. Mit \(X\sim B(150,0{,}4)\) gilt \(P(55\le X\le65)=F(65)-F(54)\approx0{,}6407\).

Antwort

1. \(\mu=60\) 2. \(0{,}6407\)
43113412
Gegeben ist eine binomialverteilte Zufallsgröße \(X\) mit den Parametern \(n=800\) und \(p=0{,}12\). Berechne die Wahrscheinlichkeit dafür, dass die Zufallsgröße Werte im Intervall \([80;110]\) annimmt. Runde auf vier Dezimalstellen.

Denkanstöße

- Was bedeutet \(F(k)=P(X\le k)\)? - Wie lässt sich die Wahrscheinlichkeit für ein geschlossenes Intervall mit zwei kumulierten Werten ausdrücken? - Welcher Wert muss abgezogen werden, damit die untere Grenze \(80\) noch eingeschlossen ist?

Lösung

1. Gesucht ist \(P(80\le X\le110)=F(110)-F(79)\). 2. Aus Tafelwerk oder Taschenrechner erhält man für die kumulative Binomialverteilung \(F(110)\approx0{,}940471\) und \(F(79)\approx0{,}033706\). 3. Mit den ungerundeten Werten folgt \(P(80\le X\le110)\approx0{,}9068\).

Antwort

\(P(80\le X\le110)\approx0{,}9068\)
43113612
Für ein Produktionsmodell werden \(150\) Bauteile betrachtet. Jedes Bauteil ist unabhängig von den anderen mit der konstanten Wahrscheinlichkeit \(p=0{,}85\) einwandfrei. Die Zufallsgröße \(X\) beschreibt die Anzahl der einwandfreien Bauteile. Berechne die Wahrscheinlichkeit dafür, dass die Anzahl der einwandfreien Bauteile zwischen \(122\) und \(132\), jeweils einschließlich, liegt. Runde auf vier Dezimalstellen.

Denkanstöße

- Welche Verteilung beschreibt die Anzahl der einwandfreien Bauteile unter den gegebenen Modellannahmen? - Welche beiden kumulierten Wahrscheinlichkeiten begrenzen das geschlossene Intervall? - Prüfe besonders, ob der untere Rand \(122\) im Ergebnis enthalten bleibt.

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(150,0{,}85)\). 2. Das gesuchte Ereignis ist \(122\le X\le132\). Mit der kumulierten Verteilung gilt \(P(122\le X\le132)=F(132)-F(121)\). 3. Mit ungerundeten Rechnerwerten ergibt sich \(P(122\le X\le132)\approx0{,}7875\).

Antwort

\(P(122\le X\le132)\approx0{,}7875\)
43114212
Ein Glücksrad mit vier gleich großen Sektoren in den Farben Rot, Blau, Grün und Gelb wird \(40\)-mal gedreht. Die Drehungen werden als unabhängig angenommen. Sei \(X\) die Anzahl der Drehungen mit Rot. Berechne die folgenden Wahrscheinlichkeiten als Prozentsätze mit zwei Nachkommastellen: a) Rot erscheint mehr als \(12\)-mal. b) Rot erscheint mindestens \(8\)-mal, aber höchstens \(12\)-mal. c) Rot erscheint weniger als \(5\)-mal.

Denkanstöße

- Welche Trefferwahrscheinlichkeit hat Rot bei einer einzelnen Drehung? - Übersetze „mehr als“, „mindestens ... höchstens“ und „weniger als“ in Bedingungen an \(X\). - Welche der drei Wahrscheinlichkeiten lässt sich über ein Gegenereignis bestimmen?

Lösung

1. Für Rot gilt \(p=\frac14=0{,}25\), also \(X\sim B(40,0{,}25)\). 2. \(P(X>12)=1-F(12)\approx17{,}91\,\%\). 3. \(P(8\le X\le12)=F(12)-F(7)\approx63{,}89\,\%\). 4. \(P(X<5)=F(4)\approx1{,}60\,\%\).

Antwort

a) \(17{,}91\,\%\) b) \(63{,}89\,\%\) c) \(1{,}60\,\%\)
55227012
Das Säulendiagramm zeigt die Wahrscheinlichkeitsverteilung von \(X\sim B(8,0{,}5)\). Vergleiche ohne vollständige Neuberechnung der Einzelwahrscheinlichkeiten die drei Intervallwahrscheinlichkeiten \(P(0\le X\le2)\), \(P(3\le X\le5)\) und \(P(6\le X\le8)\). Ordne sie der Größe nach und begründe deine Entscheidung am Diagramm.
Abbildung zur Aufgabe 552270

Denkanstöße

- Eine Intervallwahrscheinlichkeit entspricht der Summe der Säulen im betreffenden Bereich. - Welche drei Säulen sind insgesamt am höchsten? - Nutze die Symmetrie der Verteilung, bevor du rechnest.

Lösung

1. Im mittleren Intervall von \(3\) bis \(5\) liegen die drei höchsten Säulen des Diagramms. Seine Gesamtwahrscheinlichkeit ist daher größer als die der beiden Randintervalle. 2. Die Verteilung ist bei \(p=0{,}5\) symmetrisch um \(4\). Die Säulen bei \(0,1,2\) entsprechen den gleich hohen Säulen bei \(8,7,6\). 3. Deshalb gilt \(P(0\le X\le2)=P(6\le X\le8)<P(3\le X\le5)\).

Antwort

\(P(0\le X\le2)=P(6\le X\le8)<P(3\le X\le5)\)
55709412
Für eine ganzzahlige Zufallsgröße \(X\) ist \(F(k)=P(X\le k)\). Welches Intervallereignis wird durch den Ausdruck \(F(7)-F(3)\) beschrieben? Begründe die linke Intervallgrenze.

Denkanstöße

- Welche Werte sind in \(F(7)\) enthalten? - Welche Werte entfernt \(F(3)\)? - Welcher kleinste ganzzahlige Wert bleibt danach übrig?

Lösung

1. \(F(7)\) enthält alle Werte bis einschließlich \(7\). 2. Durch das Abziehen von \(F(3)\) werden alle Werte bis einschließlich \(3\) entfernt. 3. Übrig bleiben die Werte \(4,5,6,7\). 4. Daher gilt \(F(7)-F(3)=P(4\le X\le7)\).

Antwort

\(P(4\le X\le7)\)
42357812
Jamal trifft die Zielscheibe bei jedem Schuss mit Wahrscheinlichkeit \(p=0{,}7\). Er gibt \(10\) Schüsse ab; die Schüsse werden als unabhängig modelliert. Die Zufallsgröße \(X\) zählt die Treffer. Bestimme die Wahrscheinlichkeiten für die folgenden Ereignisse: a) mindestens \(8\) Treffer, b) mehr als \(5\), aber weniger als \(9\) Treffer.

Denkanstöße

- Welche ganzzahligen Trefferzahlen gehören zu „mindestens \(8\)“? - Welche ganzzahligen Werte erfüllen die strengen Grenzen in b)? - Für ein Intervall von Trefferzahlen addierst du die zugehörigen Punktwahrscheinlichkeiten.

Lösung

1. a) Die möglichen Trefferzahlen sind \(8\), \(9\) und \(10\). Daher gilt \(P(X\ge8)=\sum_{k=8}^{10}\binom{10}{k}(0{,}7)^k(0{,}3)^{10-k}\). 2. b) Aus \(5<X<9\) folgt \(X\in\{6,7,8\}\). Daher gilt \(P(5<X<9)=\sum_{k=6}^{8}\binom{10}{k}(0{,}7)^k(0{,}3)^{10-k}\).

Antwort

a) \(P(X\ge8)=\sum_{k=8}^{10}\binom{10}{k}(0{,}7)^k(0{,}3)^{10-k}\) b) \(P(5<X<9)=\sum_{k=6}^{8}\binom{10}{k}(0{,}7)^k(0{,}3)^{10-k}\)
42702712
Es gilt \(X\sim B(n,p)\) und \(F(k)=P(X\le k)\). Begründe für ganze Zahlen \(a,b\) aus der Wertemenge \(\{0,1,\dots,n\}\) mit \(a<b\), dass \(P(a<X\le b)=F(b)-F(a)\) gilt.

Denkanstöße

- Was bedeutet \(F(k)\) als Ereigniswahrscheinlichkeit? - Welche zwei disjunkten Bereiche ergeben zusammen \(X\le b\)? - Welche Wahrscheinlichkeit bleibt übrig, wenn du \(F(a)\) von \(F(b)\) abziehst?

Lösung

1. Nach der Definition ist \(F(k)=P(X\le k)\). 2. Für \(a<b\) zerfällt das Ereignis \(\{X\le b\}\) in die disjunkten Ereignisse \(\{X\le a\}\) und \(\{a<X\le b\}\). 3. Daher gilt nach der Additivität \(P(X\le b)=P(X\le a)+P(a<X\le b)\). 4. Umstellen liefert \(P(a<X\le b)=P(X\le b)-P(X\le a)=F(b)-F(a)\).

Antwort

\(P(a<X\le b)=F(b)-F(a)\), weil \(\{X\le b\}=\{X\le a\}\mathbin{\dot\cup}\{a<X\le b\}\) eine disjunkte Zerlegung ist.
42703312
Die Zufallsgröße \(X\) ist binomialverteilt mit den Parametern \(n=80\) und \(p=0{,}25\). a) Gib alle möglichen Werte für \(X\) an, für die \(|X-20|\le3\) erfüllt ist. b) Bestimme die folgenden Wahrscheinlichkeiten und runde auf vier Dezimalstellen: (1) \(P(|X-20|\le3)\) (2) \(P(|X-20|>3)\) (3) \(P(|X-18|<2)\)

Denkanstöße

- Schreibe die Betragsbedingungen zunächst als Doppelungleichungen. - Welche ganzzahligen Werte liegen in den entstehenden Intervallen? - Für ein geschlossenes Intervall \(a\le X\le b\) hilft \(F(b)-F(a-1)\). - Bei (2) ist das Gegenereignis besonders kurz.

Lösung

1. Aus \(|X-20|\le3\) folgt \(17\le X\le23\). Die möglichen Werte sind \(17,18,19,20,21,22,23\). 2. Mit der kumulativen Binomialfunktion des Taschenrechners erhält man \(F(23)=P(X\le23)\approx0{,}8181\) und \(F(16)\approx0{,}1841\). Daher ist \(P(17\le X\le23)=F(23)-F(16)\approx0{,}6340\). 3. Das Gegenereignis liefert \(P(|X-20|>3)=1-P(|X-20|\le3)\approx0{,}3660\). 4. Aus \(|X-18|<2\) folgt \(17\le X\le19\). Mit \(F(19)\approx0{,}4572\) aus derselben kumulativen Binomialfunktion gilt \(P(17\le X\le19)=F(19)-F(16)\approx0{,}2731\).

Antwort

a) \(X\in\{17,18,19,20,21,22,23\}\) b) (1) \(0{,}6340\) (2) \(0{,}3660\) (3) \(0{,}2731\)
42703412
Eine Zufallsgröße \(X\) folgt einer Binomialverteilung mit \(n=60\) und \(p=\frac13\). a) Berechne die Wahrscheinlichkeit dafür, dass der Wert von \(X\) um höchstens \(2\) von seinem Erwartungswert abweicht. Runde auf vier Dezimalstellen. b) Bestimme \(P(|X-20|\ge4)\) und runde auf vier Dezimalstellen. c) Ermittle das kleinste \(k\in\mathbb N\), für das \(P(|X-20|\le k)>0{,}5\) ist.

Denkanstöße

- Bestimme zuerst den Erwartungswert. - Übersetze jede Betragsbedingung in ein Intervall ganzzahliger Werte. - Bei b) ist das Gegenereignis einfacher. - Für c) genügt es, die kleinsten sinnvollen Werte von \(k\) der Reihe nach zu prüfen.

Lösung

1. Der Erwartungswert ist \(\mu=np=20\). 2. Für a) gilt \(P(|X-20|\le2)=P(18\le X\le22)\). Mit der kumulativen Binomialfunktion des Taschenrechners erhält man \(F(22)\approx0{,}7556\) und \(F(17)\approx0{,}2495\). Damit ist die gesuchte Wahrscheinlichkeit \(F(22)-F(17)\approx0{,}5061\). 3. Für b) ist das Gegenereignis \(|X-20|<4\), also \(17\le X\le23\). Mit \(F(23)\approx0{,}8315\) und \(F(16)\approx0{,}1692\) aus der kumulativen Binomialfunktion gilt \(P(|X-20|\ge4)=1-[F(23)-F(16)]\approx0{,}3377\). 4. Für \(k=1\) ist \(P(19\le X\le21)=F(21)-F(18)\approx0{,}3183<0{,}5\). Aus a) ist für \(k=2\) bereits \(P(|X-20|\le2)\approx0{,}5061>0{,}5\) bekannt. Daher ist \(k=2\) minimal.

Antwort

a) \(0{,}5061\) b) \(0{,}3377\) c) \(k=2\)
42707212
Ein Multiple-Choice-Test besteht aus \(30\) Fragen mit jeweils vier Antwortmöglichkeiten, von denen genau eine richtig ist. Elias beantwortet jede Frage unabhängig von den anderen rein zufällig. Sei \(X\) die Anzahl der richtigen Antworten. Bestimme die folgenden Wahrscheinlichkeiten und runde auf vier Dezimalstellen: a) \(P(X>10)\), b) \(P(5\le X<10)\).

Denkanstöße

- Welche Trefferwahrscheinlichkeit gilt beim zufälligen Raten einer Frage? - Wie lässt sich \(X>10\) mithilfe eines Gegenereignisses ausdrücken? - Welcher ganzzahlige obere Rand gehört zu \(X<10\)?

Lösung

1. Wegen der unabhängigen Zufallsantworten gilt \(X\sim B(30,0{,}25)\). 2. a) \(P(X>10)=1-P(X\le10)=1-F(10)\approx0{,}1057\). 3. b) Aus \(5\le X<10\) folgt \(5\le X\le9\). Daher ist \(P(5\le X\le9)=F(9)-F(4)\approx0{,}7055\).

Antwort

a) \(0{,}1057\) b) \(0{,}7055\)
42707512
Ein Hersteller von LED-Leuchtmitteln gibt für ein Modell an, dass \(4\,\%\) der produzierten Einheiten kleine Kratzer am Gehäuse aufweisen. Für eine Qualitätsprüfung werden \(250\) Leuchtmittel zufällig ausgewählt; die Defektzustände werden als unabhängig modelliert. Sei \(X\) die Anzahl der Leuchtmittel mit Kratzern. Berechne und runde auf vier Dezimalstellen: 1. \(P(X\le5)\), 2. \(P(X>12)\), 3. \(P(8\le X\le15)\).

Denkanstöße

- Welche Parameter besitzt die Binomialverteilung von \(X\)? - Für „mehr als \(12\)“ ist das Gegenereignis besonders kurz. - Für ein geschlossenes Intervall \(a\le X\le b\) hilft \(F(b)-F(a-1)\).

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(250,0{,}04)\). 2. \(P(X\le5)=F(5)\approx0{,}0633\). 3. \(P(X>12)=1-F(12)\approx0{,}2045\). 4. \(P(8\le X\le15)=F(15)-F(7)\approx0{,}7400\), wobei die Differenz mit ungerundeten kumulierten Werten gebildet wird.

Antwort

1. \(0{,}0633\) 2. \(0{,}2045\) 3. \(0{,}7400\)
42711812
Für ein Keimungsmodell beträgt die Keimwahrscheinlichkeit eines Samens \(p=0{,}8\). In einem Topf werden \(20\) Samen unabhängig voneinander betrachtet. Sei \(X\) die Anzahl der keimenden Samen. Berechne die folgenden Wahrscheinlichkeiten und gib sie als Prozentsätze mit zwei Nachkommastellen an: a) \(P(15\le X\le18)\), b) \(P(19\le X\le20)\).

Denkanstöße

- Welche Binomialparameter besitzt \(X\)? - Wie lässt sich ein geschlossenes Intervall mit kumulierten Wahrscheinlichkeiten berechnen? - Wie viele ganzzahlige Werte umfasst das Intervall in b)?

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(20,0{,}8)\). 2. a) Für das geschlossene Intervall gilt \(P(15\le X\le18)=F(18)-F(14)\approx0{,}7350325\). Als Prozentsatz sind das \(73{,}50\,\%\). 3. b) Es gilt \(P(19\le X\le20)=P(X=19)+P(X=20)\approx0{,}0691753\). Als Prozentsatz sind das \(6{,}92\,\%\).

Antwort

a) \(73{,}50\,\%\) b) \(6{,}92\,\%\)
42712912
Für ein Modell einer Meinungsumfrage wird angenommen, dass jede von \(150\) befragten Personen unabhängig von den anderen mit der konstanten Wahrscheinlichkeit \(p=0{,}35\) eine bestimmte politische Partei unterstützt. Die Zufallsgröße \(X\) beschreibt die Anzahl der Unterstützenden. Berechne und runde auf vier Dezimalstellen: a) \(P(X\ge60)\), b) \(P(45\le X\le60)\).

Denkanstöße

- Welches Gegenereignis gehört zu \(X\ge60\)? - Welche beiden kumulierten Werte begrenzen das geschlossene Intervall in b)? - Runde erst das Endergebnis, nicht die beiden kumulierten Zwischenwerte.

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(150,0{,}35)\). 2. a) \(P(X\ge60)=1-F(59)\approx0{,}1160\). 3. b) \(P(45\le X\le60)=F(60)-F(44)\approx0{,}8295\), wobei die Differenz mit ungerundeten kumulierten Werten gebildet wird.

Antwort

a) \(0{,}1160\) b) \(0{,}8295\)
42713012
Für ein Produktionsmodell beträgt die Defektwahrscheinlichkeit eines Mikrochips \(p=0{,}08\). In einer Qualitätskontrolle werden \(400\) Chips unabhängig geprüft. Sei \(X\) die Anzahl der defekten Chips. a) Bestimme die ganzzahligen Werte von \(X\), die innerhalb einer Standardabweichung um den Erwartungswert liegen. b) Berechne die Wahrscheinlichkeit dafür, dass \(X\) in diesem Intervall liegt, und die Wahrscheinlichkeit für das Gegenereignis. Gib beide Wahrscheinlichkeiten als Prozentsätze mit zwei Nachkommastellen an.

Denkanstöße

- Bestimme zuerst \(\mu\) und \(\sigma\) des Binomialmodells. - Welche ganzen Zahlen liegen zwischen \(\mu-\sigma\) und \(\mu+\sigma\)? - Wie lässt sich die Wahrscheinlichkeit außerhalb des Intervalls ohne eine zweite Binomialsumme bestimmen?

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(400,0{,}08)\), also \(\mu=400\cdot0{,}08=32\) und \(\sigma=\sqrt{400\cdot0{,}08\cdot0{,}92}\approx5{,}43\). 2. Damit ist \(\mu-\sigma\approx26{,}57\) und \(\mu+\sigma\approx37{,}43\). Die ganzzahligen Werte innerhalb des Intervalls sind daher \(27\le X\le37\). 3. \(P(27\le X\le37)=F(37)-F(26)\approx0{,}6897598\), also \(68{,}98\,\%\). 4. Das Gegenereignis hat die Wahrscheinlichkeit \(1-0{,}6897598\approx0{,}3102402\), also \(31{,}02\,\%\).

Antwort

a) \(27\le X\le37\) b) Innerhalb: \(68{,}98\,\%\); außerhalb: \(31{,}02\,\%\)
42713712
Ein Pharmaunternehmen testet ein neues Diagnoseverfahren. Bei gesunden Personen liefert der Test in \(2\,\%\) der Fälle fälschlicherweise ein positives Ergebnis. In einer Versuchsreihe werden \(500\) gesunde Personen getestet. Die Zufallsgröße \(X\) beschreibt die Anzahl der falsch-positiven Ergebnisse. Die Einzelversuche werden als voneinander unabhängig angenommen. a) Berechne den Erwartungswert \(\mu\) und die Standardabweichung \(\sigma\) der Zufallsgröße \(X\). Erläutere die Bedeutung des Erwartungswerts im Sachzusammenhang. Runde \(\sigma\) auf zwei Dezimalstellen. b) Bestimme die Wahrscheinlichkeit dafür, dass die Anzahl der falsch-positiven Ergebnisse innerhalb der einfachen Standardabweichung um den Erwartungswert liegt. Gib die Wahrscheinlichkeit als Prozentsatz mit zwei Nachkommastellen an.

Denkanstöße

- Was beschreibt der Erwartungswert über viele vergleichbare Versuchsreihen hinweg? - Welche Formel gilt für die Standardabweichung einer Binomialverteilung? - Welche ganzen Zahlen liegen im berechneten Sigma-Intervall? - Wie lässt sich ein geschlossenes Intervall mit kumulierten Wahrscheinlichkeiten berechnen?

Lösung

1. Es gilt \(\mu=np=500\cdot0{,}02=10\). Langfristig sind bei vielen vergleichbaren Reihen im Mittel zehn falsch-positive Ergebnisse pro 500 Tests zu erwarten. 2. Die Standardabweichung ist \(\sigma=\sqrt{500\cdot0{,}02\cdot0{,}98}=\sqrt{9{,}8}\approx3{,}13\). 3. Das Intervall \([\mu-\sigma;\mu+\sigma]\) enthält die ganzzahligen Werte \(7\) bis \(13\). 4. Mit der kumulativen Binomialfunktion des Taschenrechners gilt \(P(7\le X\le13)=F(13)-F(6)\approx73{,}91\,\%\).

Antwort

a) \(\mu=10\), \(\sigma\approx3{,}13\); langfristig sind im Mittel zehn falsch-positive Ergebnisse pro 500 Tests zu erwarten. b) \(73{,}91\,\%\)
42713812
In einem Produktionsmodell weisen \(10\,\%\) der Glasmurmeln winzige Lufteinschlüsse auf. Eine Packung enthält \(300\) unabhängig modellierte Murmeln. Sei \(X\) die Anzahl der Murmeln mit Lufteinschlüssen. a) Ermittle den Erwartungswert \(\mu\) und die Standardabweichung \(\sigma\). Runde \(\sigma\) auf zwei Dezimalstellen. b) Berechne die Wahrscheinlichkeit dafür, dass \(X\) höchstens um zwei Standardabweichungen vom Erwartungswert abweicht. Gib das Ergebnis als Prozentsatz mit zwei Nachkommastellen an.

Denkanstöße

- Welche Formeln gelten für \(\mu\) und \(\sigma\) bei einer Binomialverteilung? - Welche ganzzahligen Werte liegen innerhalb von zwei Standardabweichungen um \(\mu\)? - Wie berechnest du ein geschlossenes Intervall aus zwei kumulierten Werten?

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(300,0{,}1)\). Daher ist \(\mu=30\) und \(\sigma=\sqrt{300\cdot0{,}1\cdot0{,}9}=\sqrt{27}\approx5{,}20\). 2. Das Intervall \([\mu-2\sigma;\mu+2\sigma]\) reicht ungefähr von \(19{,}61\) bis \(40{,}39\). Die ganzzahligen Werte sind somit \(20\le X\le40\). 3. \(P(20\le X\le40)=F(40)-F(19)\approx0{,}9574941\), also \(95{,}75\,\%\).

Antwort

a) \(\mu=30\), \(\sigma\approx5{,}20\) b) \(95{,}75\,\%\)
42719812
In einem Modell für eine Stadt nutzen \(60\,\%\) der Haushalte einen Glasfaseranschluss. Für eine Stichprobe werden \(100\) Haushalte unabhängig betrachtet. Sei \(X\) die Anzahl der Haushalte mit Glasfaseranschluss. 1. Berechne den Erwartungswert \(\mu\) und die Standardabweichung \(\sigma\). Runde \(\sigma\) auf zwei Dezimalstellen. 2. Bestimme die Wahrscheinlichkeit dafür, dass \(X\) innerhalb einer Standardabweichung um den Erwartungswert liegt. Gib das Ergebnis als Prozentsatz mit zwei Nachkommastellen an.

Denkanstöße

- Welche Formeln gelten für \(\mu\) und \(\sigma\) einer Binomialverteilung? - Welche ganzen Zahlen liegen zwischen \(\mu-\sigma\) und \(\mu+\sigma\)? - Für ein geschlossenes Intervall hilft \(F(b)-F(a-1)\).

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(100,0{,}6)\), also \(\mu=60\) und \(\sigma=\sqrt{100\cdot0{,}6\cdot0{,}4}=\sqrt{24}\approx4{,}90\). 2. Innerhalb einer Standardabweichung liegen die ganzzahligen Werte \(56\le X\le64\). 3. Daher ist \(P(56\le X\le64)=F(64)-F(55)\approx0{,}6416290\), also \(64{,}16\,\%\).

Antwort

1. \(\mu=60\), \(\sigma\approx4{,}90\) 2. \(64{,}16\,\%\)
42721512
In einem Modell für eine Medikamentenstudie spricht eine behandelte Person mit Wahrscheinlichkeit \(p=0{,}4\) positiv auf die Behandlung an. Es werden \(50\) voneinander unabhängig modellierte Behandlungen betrachtet. Sei \(X\) die Anzahl der positiven Behandlungserfolge. Berechne die Wahrscheinlichkeit dafür, dass \(X\) höchstens um \(4\) vom Erwartungswert abweicht. Gib das Ergebnis als Prozentsatz mit zwei Nachkommastellen an.

Denkanstöße

- Welchen Erwartungswert besitzt \(X\)? - Welche ganzzahligen Werte liegen höchstens vier Einheiten vom Erwartungswert entfernt? - Wie lässt sich das geschlossene Intervall mit kumulierten Wahrscheinlichkeiten berechnen?

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(50,0{,}4)\) und \(\mu=np=20\). 2. Eine Abweichung von höchstens \(4\) bedeutet \(16\le X\le24\). 3. Daher ist \(P(16\le X\le24)=F(24)-F(15)\approx0{,}8066909\), also \(80{,}67\,\%\).

Antwort

\(80{,}67\,\%\)
42790312
Ein Hersteller von Computerchips gibt an, dass \(5\,\%\) der produzierten Einheiten fehlerhaft sind. Ein Händler prüft eine Lieferung von \(400\) Chips. Die Zufallsgröße \(X\) beschreibt die Anzahl der fehlerhaften Chips in dieser Stichprobe. Die Einzelversuche werden als voneinander unabhängig angenommen. a) Berechne den Erwartungswert \(\mu\) und die Standardabweichung \(\sigma\) der Zufallsgröße \(X\). Runde \(\sigma\) auf zwei Dezimalstellen. b) Bestimme die Wahrscheinlichkeit dafür, dass die Anzahl der fehlerhaften Chips im Intervall \([\mu-\sigma;\mu+\sigma]\) liegt. Gib sie als Prozentsatz mit zwei Nachkommastellen an.

Denkanstöße

- Welche Formeln gelten für Erwartungswert und Standardabweichung einer Binomialverteilung? - Welche ganzen Zahlen liegen im Sigma-Intervall? - Wie lässt sich ein geschlossenes Intervall mit kumulierten Wahrscheinlichkeiten berechnen?

Lösung

1. Es gilt \(\mu=np=20\) und \(\sigma=\sqrt{400\cdot0{,}05\cdot0{,}95}=\sqrt{19}\approx4{,}36\). 2. Das Sigma-Intervall enthält die ganzzahligen Werte \(16\) bis \(24\). 3. Mit der kumulativen Binomialfunktion des Taschenrechners gilt \(P(16\le X\le24)=F(24)-F(15)\approx69{,}90\,\%\).

Antwort

a) \(\mu=20\), \(\sigma\approx4{,}36\) b) \(69{,}90\,\%\)
42790412
In einem Modell für eine Kleinstadt unterstützen \(64\,\%\) der Wahlberechtigten eine bestimmte kommunale Initiative. Es werden \(150\) Personen unabhängig modelliert. Sei \(X\) die Anzahl der Unterstützenden. a) Berechne den Erwartungswert \(\mu\) und die Standardabweichung \(\sigma\). Runde \(\sigma\) auf zwei Dezimalstellen. b) Ermittle die Wahrscheinlichkeit dafür, dass \(X\) um mehr als eine Standardabweichung vom Erwartungswert abweicht. Gib das Ergebnis als Prozentsatz mit zwei Nachkommastellen an.

Denkanstöße

- Bestimme zuerst \(\mu\) und \(\sigma\). - Welche ganzen Zahlen liegen noch innerhalb einer Standardabweichung? - Für „mehr als eine Standardabweichung“ kannst du das Gegenereignis verwenden.

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(150,0{,}64)\). Daher ist \(\mu=96\) und \(\sigma=\sqrt{150\cdot0{,}64\cdot0{,}36}\approx5{,}88\). 2. Innerhalb einer Standardabweichung liegen die ganzzahligen Werte \(91\le X\le101\). 3. Die Wahrscheinlichkeit innerhalb des Intervalls ist \(F(101)-F(90)\approx0{,}6505041\). Für eine Abweichung von mehr als einer Standardabweichung ergibt sich das Gegenereignis \(1-0{,}6505041\approx0{,}3494959\), also \(34{,}95\,\%\).

Antwort

a) \(\mu=96\), \(\sigma\approx5{,}88\) b) \(34{,}95\,\%\)
42875512
Die Bogenschützin Amira trifft das Goldzentrum einer Zielscheibe mit einer Wahrscheinlichkeit von \(p=0{,}4\). Sie gibt insgesamt \(10\) Schüsse ab; die einzelnen Schüsse werden als voneinander unabhängig angenommen. Berechne die folgenden Wahrscheinlichkeiten als Prozentsätze mit zwei Nachkommastellen: a) Sie trifft genau \(4\)-mal das Goldzentrum. b) Sie erzielt mindestens \(2\) Treffer im Goldzentrum. c) Die Anzahl der Treffer liegt zwischen \(3\) und \(5\) einschließlich.

Denkanstöße

- Welche Werte haben \(n\) und \(p\)? - Welches Gegenereignis ist bei „mindestens \(2\)“ kürzer zu berechnen? - Welche Trefferzahlen gehören zum Intervall von \(3\) bis \(5\)?

Lösung

1. Sei \(X\) die Anzahl der Treffer im Goldzentrum. Dann gilt \(X\sim B(10,0{,}4)\). 2. \(P(X=4)=\binom{10}{4}0{,}4^4 0{,}6^6\approx25{,}08\,\%\). 3. \(P(X\ge2)=1-[P(X=0)+P(X=1)]\approx95{,}36\,\%\). 4. \(P(3\le X\le5)=P(X=3)+P(X=4)+P(X=5)\approx66{,}65\,\%\).

Antwort

a) \(25{,}08\,\%\) b) \(95{,}36\,\%\) c) \(66{,}65\,\%\)
42875612
In einem Modell für einen Fertigungsprozess sind \(5\,\%\) der produzierten elektronischen Bauteile fehlerhaft. Für eine Stichprobe werden \(15\) Bauteile betrachtet; die Defektzustände werden als voneinander unabhängig angenommen. Bestimme die folgenden Wahrscheinlichkeiten als Prozentsätze mit zwei Nachkommastellen: a) Genau ein Bauteil ist fehlerhaft. b) Mehr als zwei Bauteile sind fehlerhaft. c) Mindestens eines, aber höchstens drei Bauteile sind fehlerhaft.

Denkanstöße

- Welche Werte haben \(n\) und \(p\)? - Gehört die Zahl \(2\) bei „mehr als zwei“ zum Ereignis? - Welche Trefferzahlen gehören bei c) zum Ereignis?

Lösung

1. Sei \(X\) die Anzahl der fehlerhaften Bauteile. Dann gilt \(X\sim B(15,0{,}05)\). 2. \(P(X=1)=\binom{15}{1}0{,}05\cdot0{,}95^{14}\approx36{,}58\,\%\). 3. \(P(X>2)=1-P(X\le2)\approx3{,}62\,\%\). 4. \(P(1\le X\le3)=P(X=1)+P(X=2)+P(X=3)\approx53{,}12\,\%\).

Antwort

a) \(36{,}58\,\%\) b) \(3{,}62\,\%\) c) \(53{,}12\,\%\)
42876712
In einem Modell nutzen \(60\,\%\) der Pendlerinnen und Pendler einer Stadt das Auto für den Arbeitsweg. Es werden \(20\) Personen zufällig ausgewählt; die Einzelversuche werden als voneinander unabhängig angenommen. Sei \(X\) die Anzahl der ausgewählten Personen, die das Auto nutzen. a) Bestimme die Wahrscheinlichkeit dafür, dass höchstens \(8\) oder mindestens \(16\) Personen das Auto nutzen. b) Bestimme die Wahrscheinlichkeit dafür, dass die Anzahl der Autofahrenden zwischen \(9\) und \(15\) einschließlich liegt. Gib beide Ergebnisse als Prozentsätze mit zwei Nachkommastellen an.

Denkanstöße

- Welche Werte von \(X\) gehören zu den beiden Randbereichen in a)? - Überschneiden sich die Ereignisse \(X\le8\) und \(X\ge16\)? - Wie hängt das Intervall in b) mit dem Ereignis aus a) zusammen?

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(20,0{,}6)\). 2. Die Ereignisse \(X\le8\) und \(X\ge16\) sind disjunkt. Daher gilt \(P(X\le8\text{ oder }X\ge16)=P(X\le8)+P(X\ge16)\approx10{,}75\,\%\). 3. Das Ereignis \(9\le X\le15\) ist das Gegenereignis dazu. Somit gilt \(P(9\le X\le15)=1-0{,}107478\dots\approx89{,}25\,\%\).

Antwort

a) \(10{,}75\,\%\) b) \(89{,}25\,\%\)
42876812
Der Gärtner Mateo betrachtet \(20\) Samen einer Blumensorte. In einem Modell keimt jeder Samen unabhängig von den anderen mit der konstanten Wahrscheinlichkeit \(0{,}8\). Sei \(X\) die Anzahl der nicht keimenden Samen. a) Bestimme die Wahrscheinlichkeit dafür, dass höchstens ein oder mindestens acht Samen nicht keimen. b) Bestimme die Wahrscheinlichkeit dafür, dass zwischen \(2\) und \(7\) Samen einschließlich nicht keimen. Gib beide Ergebnisse als Prozentsätze mit zwei Nachkommastellen an.

Denkanstöße

- Welche Wahrscheinlichkeit hat ein einzelner Samen dafür, nicht zu keimen? - Überschneiden sich die beiden Randbereiche in a)? - Wie hängt das Intervall in b) mit dem Ereignis aus a) zusammen?

Lösung

1. Für die Zahl der nicht keimenden Samen gilt \(X\sim B(20,0{,}2)\). 2. Die Ereignisse \(X\le1\) und \(X\ge8\) sind disjunkt. Daher gilt \(P(X\le1\text{ oder }X\ge8)=P(X\le1)+P(X\ge8)\approx10{,}13\,\%\). 3. Das Ereignis \(2\le X\le7\) ist das Gegenereignis dazu. Somit gilt \(P(2\le X\le7)\approx89{,}87\,\%\).

Antwort

a) \(10{,}13\,\%\) b) \(89{,}87\,\%\)
43090012
Noor bearbeitet einen Multiple-Choice-Test mit \(10\) Fragen. Zu jeder Frage gibt es \(4\) Antwortmöglichkeiten, von denen genau eine richtig ist. Sie wählt bei jeder Frage unabhängig und rein zufällig eine Antwort. a) Berechne die Wahrscheinlichkeit dafür, dass genau \(3\) Antworten richtig sind. Runde auf vier Nachkommastellen. b) Wie viele verschiedene Möglichkeiten für die Positionen der richtigen Antworten gibt es, wenn genau \(2\) Antworten richtig sind? Bestimme den Wert mit einem Binomialkoeffizienten. c) Berechne anschließend die Wahrscheinlichkeit dafür, dass genau \(2\) Antworten richtig sind. Runde auf vier Nachkommastellen.

Denkanstöße

- Welche Trefferwahrscheinlichkeit gilt bei jeder Frage? - Was zählt der Binomialkoeffizient bei genau zwei richtigen Antworten? - Wie wird aus der Anzahl der möglichen Positionsmuster und der Wahrscheinlichkeit eines festen Musters die Punktwahrscheinlichkeit gebildet?

Lösung

1. Für die Anzahl \(X\) der richtigen Antworten gilt \(X\sim B(10,0{,}25)\). 2. Für genau drei richtige Antworten ist \(P(X=3)=\binom{10}{3}0{,}25^3 0{,}75^7\approx0{,}2503\). 3. Für genau zwei richtige Antworten können zwei der zehn Positionen gewählt werden. Daher gibt es \(\binom{10}{2}=45\) Positionsmuster. 4. Somit ist \(P(X=2)=\binom{10}{2}0{,}25^2 0{,}75^8\approx0{,}2816\).

Antwort

a) \(P(X=3)\approx0{,}2503\) b) \(\binom{10}{2}=45\) c) \(P(X=2)\approx0{,}2816\)
43091712
Ein Glücksrad mit \(20\) gleich großen Sektoren ist in drei Farben unterteilt: \(10\) Sektoren sind blau, \(6\) Sektoren sind rot und \(4\) Sektoren sind gelb. Das Rad wird \(15\)-mal nacheinander gedreht; die Ergebnisse der Drehungen werden als voneinander unabhängig angenommen. Berechne die Wahrscheinlichkeit für die folgenden Ereignisse: a) Es wird genau \(5\)-mal die Farbe Blau erzielt. b) Es wird kein einziges Mal die Farbe Gelb erzielt. c) Die Farbe Rot wird öfter als \(2\)-mal erzielt. Gib die Ergebnisse als Prozentwerte auf zwei Nachkommastellen an.

Denkanstöße

- Welche Farbe wird in jedem Teil als Treffer definiert, und wie groß ist ihre Einzelwahrscheinlichkeit? - Welche Folge hat die angenommene Unabhängigkeit der Drehungen für das Modell der Trefferzahl? - Bei „öfter als zweimal“ kann das Gegenereignis kürzer zu berechnen sein.

Lösung

1. Für jede Teilaufgabe wird die jeweils betrachtete Farbe als Treffer und jede andere Farbe als Nichttreffer definiert. Wegen der unabhängigen Drehungen liegt jeweils eine Bernoulli-Kette der Länge \(n=15\) vor. Es gilt \(p_{\text{blau}}=0{,}5\), \(p_{\text{rot}}=0{,}3\) und \(p_{\text{gelb}}=0{,}2\). 2. Für genau fünfmal Blau gilt \(P(X=5)=\binom{15}{5}0{,}5^{15}\approx0{,}091644\), also \(9{,}16\,\%\). 3. Für kein Gelb gilt \(P(Y=0)=0{,}8^{15}\approx0{,}035184\), also \(3{,}52\,\%\). 4. Für Rot öfter als zweimal gilt \(P(Z>2)=1-\sum_{k=0}^{2}\binom{15}{k}0{,}3^k0{,}7^{15-k}\approx0{,}873172\), also \(87{,}32\,\%\).

Antwort

a) \(9{,}16\,\%\) b) \(3{,}52\,\%\) c) \(87{,}32\,\%\)
43100312
Ein Multiple-Choice-Test besteht aus \(10\) Fragen. Zu jeder Frage gibt es genau zwei Antwortmöglichkeiten, von denen jeweils nur eine korrekt ist. Felix hat sich nicht vorbereitet und wählt bei jeder Frage unabhängig von seinen übrigen Antworten rein zufällig eine der beiden Möglichkeiten. Die Zufallsgröße \(X\) beschreibt die Anzahl der richtig beantworteten Fragen. a) Berechne die Wahrscheinlichkeit dafür, dass Felix genau \(5\) Fragen richtig beantwortet. b) Bestimme die Wahrscheinlichkeit dafür, dass Felix mindestens \(8\) Fragen richtig beantwortet. c) Ist es wahrscheinlicher, dass Felix genau \(5\) Fragen richtig beantwortet oder dass er mehr als \(5\) Fragen richtig beantwortet? Begründe deine Entscheidung ohne eine vollständige Berechnung aller Einzelwahrscheinlichkeiten.

Denkanstöße

- Welche Angaben sichern hier eine Bernoulli-Kette mit konstanter Trefferwahrscheinlichkeit? - Welche Werte von \(X\) gehören zu „mindestens \(8\)“? - Welche Symmetrie besitzt die Verteilung bei \(p=0{,}5\)? - Wie lässt sich damit die Wahrscheinlichkeit rechts von \(5\) bestimmen, ohne alle Einzelwerte zu addieren?

Lösung

1. Wegen der unabhängigen Zufallsauswahl mit konstanter Trefferwahrscheinlichkeit gilt \(X\sim B(10,0{,}5)\). 2. \(P(X=5)=\binom{10}{5}0{,}5^{10}=\frac{252}{1024}=\frac{63}{256}\). 3. \(P(X\ge8)=\left(\binom{10}{8}+\binom{10}{9}+\binom{10}{10}\right)0{,}5^{10}=\frac{56}{1024}=\frac{7}{128}\). 4. Wegen \(p=0{,}5\) ist die Verteilung symmetrisch zu \(5\), also gilt \(P(X<5)=P(X>5)\). 5. Daher ist \(P(X>5)=\frac{1-P(X=5)}{2}=\frac{193}{512}\). Da \(\frac{193}{512}>\frac{63}{256}\), ist „mehr als fünf“ wahrscheinlicher.

Antwort

a) \(P(X=5)=\frac{63}{256}\) b) \(P(X\ge8)=\frac{7}{128}\) c) „Mehr als \(5\)“ ist wahrscheinlicher, denn \(P(X>5)=\frac{193}{512}>\frac{63}{256}=P(X=5)\).
43101212
Für ein Modell von Online-Bestellungen wird angenommen, dass jede von \(100\) Bestellungen unabhängig von den anderen mit der konstanten Wahrscheinlichkeit \(p=0{,}75\) über ein Smartphone aufgegeben wird. Sei \(X\) die Anzahl der Smartphone-Bestellungen. Berechne die folgenden Wahrscheinlichkeiten und runde auf vier Dezimalstellen: (1) Weniger als \(70\) Bestellungen werden per Smartphone aufgegeben. (2) Die Anzahl der Smartphone-Bestellungen liegt zwischen \(72\) und \(80\) einschließlich. (3) Mehr als \(80\) Bestellungen werden per Smartphone aufgegeben.

Denkanstöße

- Welche ganzzahlige Grenze gehört zu „weniger als \(70\)“? - Wie lässt sich ein geschlossenes Intervall mit zwei kumulierten Wahrscheinlichkeiten berechnen? - Welches Gegenereignis gehört zu „mehr als \(80\)“?

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(100,0{,}75)\). 2. \(P(X<70)=P(X\le69)=F(69)\approx0{,}1038\). 3. \(P(72\le X\le80)=F(80)-F(71)\approx0{,}6929\). 4. \(P(X>80)=1-F(80)\approx0{,}0995\).

Antwort

(1) \(0{,}1038\) (2) \(0{,}6929\) (3) \(0{,}0995\)
43101512
Für ein Produktionsmodell wird angenommen, dass jedes von \(200\) elektronischen Bauteilen unabhängig von den anderen mit der konstanten Wahrscheinlichkeit \(p=0{,}05\) defekt ist. Sei \(X\) die Anzahl der defekten Bauteile. Berechne die folgenden Wahrscheinlichkeiten und runde auf vier Dezimalstellen: (1) Höchstens \(10\) Teile sind defekt. (2) Mindestens \(8\) und höchstens \(12\) Teile sind defekt. (3) Mehr als \(15\) Teile sind defekt.

Denkanstöße

- Welche Werte haben \(n\) und \(p\)? - Wie berechnest du ein geschlossenes Intervall mit \(F\)? - Welches Gegenereignis gehört zu „mehr als \(15\)“?

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(200,0{,}05)\). 2. \(P(X\le10)=F(10)\approx0{,}5831\). 3. \(P(8\le X\le12)=F(12)-F(7)\approx0{,}5832\). 4. \(P(X>15)=1-F(15)\approx0{,}0444\).

Antwort

(1) \(0{,}5831\) (2) \(0{,}5832\) (3) \(0{,}0444\)
43101712
Ein Test besteht aus \(60\) Multiple-Choice-Fragen mit vier Antwortmöglichkeiten und genau einer richtigen Antwort. Elif rät bei jeder Frage unabhängig. Sei \(X\) die Anzahl der richtigen Antworten. Berechne die folgenden Wahrscheinlichkeiten als Prozentsätze mit zwei Nachkommastellen: a) Mehr als \(12\) Antworten sind richtig. b) Mindestens \(10\) und höchstens \(20\) Antworten sind richtig. c) Weniger als \(40\) Antworten sind falsch.

Denkanstöße

- Welche Trefferwahrscheinlichkeit gilt beim zufälligen Raten? - Welche Randwerte gehören bei „mehr als“, „mindestens“ und „höchstens“ dazu? - Wie hängen richtige und falsche Antworten zusammen?

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(60,0{,}25)\). 2. \(P(X>12)=1-F(12)\approx76{,}84\,\%\). 3. \(P(10\le X\le20)=F(20)-F(9)\approx90{,}07\,\%\). 4. Weniger als \(40\) falsche Antworten bedeuten mehr als \(20\) richtige Antworten. Daher gilt \(P(X>20)=1-F(20)\approx5{,}41\,\%\).

Antwort

a) \(76{,}84\,\%\) b) \(90{,}07\,\%\) c) \(5{,}41\,\%\)
43101812
Für ein Modell einer Erhebung wird angenommen, dass jeder von \(100\) Haushalten unabhängig von den anderen mit der konstanten Wahrscheinlichkeit \(p=0{,}12\) keinen Festnetzanschluss besitzt. Sei \(X\) die Anzahl der Haushalte ohne Festnetzanschluss. Berechne die folgenden Wahrscheinlichkeiten als Prozentsätze mit zwei Nachkommastellen: a) Höchstens \(10\) Haushalte besitzen keinen Festnetzanschluss. b) Mehr als \(15\) Haushalte besitzen keinen Festnetzanschluss. c) Zwischen \(8\) und \(14\) Haushalten einschließlich besitzen keinen Festnetzanschluss. d) Mindestens \(90\) Haushalte besitzen einen Festnetzanschluss.

Denkanstöße

- Welche Werte haben \(n\) und \(p\)? - Wie berechnest du ein geschlossenes Intervall mit kumulierten Wahrscheinlichkeiten? - Wie hängen die Anzahlen „mit Anschluss“ und „ohne Anschluss“ zusammen?

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(100,0{,}12)\). 2. \(P(X\le10)=F(10)\approx33{,}37\,\%\). 3. \(P(X>15)=1-F(15)\approx14{,}14\,\%\). 4. \(P(8\le X\le14)=F(14)-F(7)\approx70{,}79\,\%\). 5. Mindestens \(90\) Haushalte mit Festnetzanschluss bedeuten höchstens \(10\) Haushalte ohne Festnetzanschluss. Daher beträgt die Wahrscheinlichkeit ebenfalls \(33{,}37\,\%\).

Antwort

a) \(33{,}37\,\%\) b) \(14{,}14\,\%\) c) \(70{,}79\,\%\) d) \(33{,}37\,\%\)
43102112
Der Gärtner Kenji sät \(60\) Samen einer Blumensorte aus. In einem Modell keimt jeder Samen unabhängig von den anderen mit der konstanten Wahrscheinlichkeit \(p=0{,}75\). Sei \(X\) die Anzahl der keimenden Samen. Berechne die folgenden Wahrscheinlichkeiten als Prozentsätze mit zwei Nachkommastellen: 1. Höchstens \(40\) Samen keimen. 2. Mehr als \(50\) Samen keimen. 3. Mindestens \(42\), aber höchstens \(48\) Samen keimen.

Denkanstöße

- Welche Werte haben \(n\) und \(p\)? - Welches Gegenereignis ist bei „mehr als \(50\)“ hilfreich? - Welche kumulierten Werte brauchst du für das geschlossene Intervall?

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(60,0{,}75)\). 2. \(P(X\le40)=F(40)\approx9{,}25\,\%\). 3. \(P(X>50)=1-F(50)\approx4{,}52\,\%\). 4. \(P(42\le X\le48)=F(48)-F(41)\approx70{,}38\,\%\).

Antwort

1. \(9{,}25\,\%\) 2. \(4{,}52\,\%\) 3. \(70{,}38\,\%\)
43102212
Für ein Qualitätskontrollmodell wird angenommen, dass jeder von \(100\) Mikrochips unabhängig von den anderen mit der konstanten Wahrscheinlichkeit \(p=0{,}05\) fehlerhaft ist. Sei \(X\) die Anzahl der fehlerhaften Chips. Bestimme die folgenden Wahrscheinlichkeiten als Prozentsätze mit zwei Nachkommastellen: 1. Genau \(5\) Chips sind fehlerhaft. 2. Mindestens \(3\), aber weniger als \(8\) Chips sind fehlerhaft. 3. Mehr als \(10\) Chips sind fehlerhaft.

Denkanstöße

- Welche Werte haben \(n\) und \(p\)? - Welcher größte Wert gehört noch zu „weniger als \(8\)“? - Welches Gegenereignis gehört zu „mehr als \(10\)“?

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(100,0{,}05)\). 2. \(P(X=5)=\binom{100}{5}0{,}05^5 0{,}95^{95}\approx18{,}00\,\%\). 3. „Mindestens \(3\), aber weniger als \(8\)“ bedeutet \(3\le X\le7\). Daher gilt \(P(3\le X\le7)=F(7)-F(2)\approx75{,}38\,\%\). 4. \(P(X>10)=1-F(10)\approx1{,}15\,\%\).

Antwort

1. \(18{,}00\,\%\) 2. \(75{,}38\,\%\) 3. \(1{,}15\,\%\)
43102612
Die Zufallsgröße \(X\) ist binomialverteilt mit \(X\sim B(100,0{,}8)\). Ermittle die folgenden Wahrscheinlichkeiten und runde auf vier Dezimalstellen: a) \(P(X\le75)\) b) \(P(X>85)\) c) \(P(78<X<88)\)

Denkanstöße

- Entscheide für jede Teilaufgabe, ob ein kumulierter Wert direkt genügt oder ein Gegenereignis günstiger ist. - Übersetze strenge Grenzen zuerst in die tatsächlich möglichen ganzzahligen Werte von \(X\). - Achte darauf, welcher kumulierte Wert bei einem geschlossenen Intervall abgezogen werden muss.

Lösung

1. Für Teil a gilt direkt \(P(X\le75)=F(75)\approx0{,}1314\). 2. Für Teil b wird das Gegenereignis verwendet: \(P(X>85)=1-F(85)\approx0{,}0804\). 3. Die strengen Grenzen in Teil c entsprechen \(79\le X\le87\). Daher gilt \(P(78<X<88)=F(87)-F(78)\approx0{,}6287\).

Antwort

a) \(0{,}1314\) b) \(0{,}0804\) c) \(0{,}6287\)
43103012
Für ein Modell einer Meinungsumfrage wird angenommen, dass jede von \(50\) befragten Personen unabhängig von den anderen mit der konstanten Wahrscheinlichkeit \(p=0{,}20\) einer bestimmten Aussage zustimmt. Sei \(X\) die Anzahl der zustimmenden Personen. Bestimme das Gegenereignis sowie dessen Wahrscheinlichkeit für die folgenden Ereignisse. Runde auf vier Dezimalstellen: (1) \(E_1\): Mindestens \(12\) Personen stimmen zu. (2) \(E_2\): Mehr als \(5\), aber höchstens \(12\) Personen stimmen zu.

Denkanstöße

- Formuliere zuerst die ganzzahligen Werte jedes Ereignisses. - Was ist das logische Gegenteil eines geschlossenen Trefferintervalls? - Wie hängen Ereignis und Gegenereignis probabilistisch zusammen?

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(50,0{,}2)\). 2. \(\overline{E_1}=\{X\le11\}\) und \(P(\overline{E_1})=F(11)\approx0{,}7107\). 3. \(E_2=\{6\le X\le12\}\), also \(\overline{E_2}=\{X\le5\text{ oder }X\ge13\}\). 4. \(P(\overline{E_2})=1-[F(12)-F(5)]\approx0{,}2341\).

Antwort

(1) \(\overline{E_1}\): höchstens \(11\) Zustimmungen; \(0{,}7107\) (2) \(\overline{E_2}\): höchstens \(5\) oder mindestens \(13\) Zustimmungen; \(0{,}2341\)
43103412
Für ein Modell wird angenommen, dass jeder von \(80\) Haushalten unabhängig von den anderen mit der konstanten Wahrscheinlichkeit \(p=0{,}25\) Solarenergie zur Stromerzeugung nutzt. Sei \(X\) die Anzahl dieser Haushalte. Bestimme die Wahrscheinlichkeit der folgenden Ereignisse als Prozentsatz mit zwei Nachkommastellen: a) Mehr als \(20\) Haushalte nutzen Solarenergie. b) Weniger als \(15\) Haushalte nutzen Solarenergie. c) Mindestens \(18\), aber höchstens \(22\) Haushalte nutzen Solarenergie.

Denkanstöße

- Welche Bedingungen des Modells rechtfertigen eine Binomialverteilung? - Welche ganzzahlige Obergrenze gehört zu „weniger als \(15\)“? - Wie kannst du ein geschlossenes Intervall mit zwei kumulierten Wahrscheinlichkeiten berechnen?

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(80,0{,}25)\). 2. \(P(X>20)=1-F(20)\approx44{,}03\,\%\). 3. \(P(X<15)=F(14)\approx7{,}40\,\%\). 4. \(P(18\le X\le22)=F(22)-F(17)\approx48{,}11\,\%\).

Antwort

a) \(44{,}03\,\%\) b) \(7{,}40\,\%\) c) \(48{,}11\,\%\)
43103512
Ein Hotel verfügt über \(80\) Zimmer und nimmt für eine bestimmte Nacht \(85\) Reservierungen an. Für ein Modell wird angenommen, dass jede reservierende Person unabhängig von den anderen mit der konstanten Wahrscheinlichkeit \(p=0{,}90\) tatsächlich anreist. Sei \(X\) die Anzahl der anreisenden Gäste. Berechne die folgenden Wahrscheinlichkeiten als Prozentsätze mit zwei Nachkommastellen: 1. Es reisen höchstens \(80\) Gäste an. 2. Es reisen mehr als \(80\) Gäste an. 3. Es reisen genau \(80\) Gäste an. 4. Es reisen mindestens \(70\), aber höchstens \(75\) Gäste an.

Denkanstöße

- Welche Werte haben \(n\) und \(p\)? - Wie hängen die Ereignisse „höchstens \(80\)“ und „mehr als \(80\)“ zusammen? - Wie berechnest du ein geschlossenes Intervall mit kumulierten Wahrscheinlichkeiten?

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(85,0{,}9)\). 2. \(P(X\le80)=F(80)\approx93{,}57\,\%\). 3. \(P(X>80)=1-F(80)\approx6{,}43\,\%\). 4. \(P(X=80)=\binom{85}{80}0{,}9^{80}0{,}1^5\approx7{,}17\,\%\). 5. \(P(70\le X\le75)=F(75)-F(69)\approx33{,}38\,\%\).

Antwort

1. \(93{,}57\,\%\) 2. \(6{,}43\,\%\) 3. \(7{,}17\,\%\) 4. \(33{,}38\,\%\)
43103612
Für ein Qualitätskontrollmodell wird angenommen, dass jeder von \(200\) Computerchips unabhängig von den anderen mit der konstanten Wahrscheinlichkeit \(p=0{,}04\) defekt ist. Sei \(X\) die Anzahl der defekten Chips. Bestimme die Wahrscheinlichkeit als Prozentsatz mit zwei Nachkommastellen dafür, dass 1. höchstens \(5\) Chips defekt sind, 2. mehr als \(10\) Chips defekt sind, 3. mindestens \(6\), aber höchstens \(12\) Chips defekt sind, 4. die Anzahl der defekten Chips exakt dem Erwartungswert entspricht.

Denkanstöße

- Welche Modellannahmen machen die Defektzahl binomialverteilt? - Wie hilft das Gegenereignis bei „mehr als \(10\)“? - Bestimme für den letzten Teil zuerst den Erwartungswert.

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(200,0{,}04)\) und \(E(X)=8\). 2. \(P(X\le5)=F(5)\approx18{,}56\,\%\). 3. \(P(X>10)=1-F(10)\approx18{,}00\,\%\). 4. \(P(6\le X\le12)=F(12)-F(5)\approx75{,}45\,\%\). 5. \(P(X=8)=\binom{200}{8}0{,}04^8 0{,}96^{192}\approx14{,}25\,\%\).

Antwort

1. \(18{,}56\,\%\) 2. \(18{,}00\,\%\) 3. \(75{,}45\,\%\) 4. \(14{,}25\,\%\)
43103712
Für ein Keimungsmodell werden \(60\) Samen betrachtet. Jeder Samen keimt unabhängig von den anderen mit der konstanten Wahrscheinlichkeit \(p=0{,}80\). Sei \(X\) die Anzahl der keimenden Samen. Bestimme die folgenden Wahrscheinlichkeiten und runde auf vier Dezimalstellen: (1) Genau \(50\) Samen keimen. (2) Weniger als \(45\) Samen keimen. (3) Mindestens \(52\) Samen keimen. (4) Die Anzahl der keimenden Samen liegt zwischen \(46\) und \(54\) einschließlich.

Denkanstöße

- Welche Werte haben \(n\) und \(p\)? - Welche ganzzahlige Grenze gehört zu „weniger als \(45\)“? - Wie lassen sich obere Randwahrscheinlichkeiten und geschlossene Intervalle mit \(F\) berechnen?

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(60,0{,}8)\). 2. \(P(X=50)=\binom{60}{50}0{,}8^{50}0{,}2^{10}\approx0{,}1102\). 3. \(P(X<45)=F(44)\approx0{,}1306\). 4. \(P(X\ge52)=1-F(51)\approx0{,}1268\). 5. \(P(46\le X\le54)=F(54)-F(45)\approx0{,}7814\).

Antwort

(1) \(0{,}1102\) (2) \(0{,}1306\) (3) \(0{,}1268\) (4) \(0{,}7814\)
43103812
Für ein Modell werden \(150\) Personen betrachtet. Jede Person ist unabhängig von den anderen mit der konstanten Wahrscheinlichkeit \(p=0{,}12\) linkshändig. Sei \(X\) die Anzahl der linkshändigen Personen. Berechne die folgenden Wahrscheinlichkeiten und runde auf vier Dezimalstellen: (1) Genau \(18\) Personen sind linkshändig. (2) Höchstens \(15\) Personen sind linkshändig. (3) Mehr als \(20\) Personen sind linkshändig. (4) Mindestens \(10\) und höchstens \(25\) Personen sind linkshändig.

Denkanstöße

- Welche Werte haben \(n\) und \(p\)? - Wie lässt sich „mehr als \(20\)“ mithilfe eines Gegenereignisses ausdrücken? - Wie berechnest du ein geschlossenes Intervall aus zwei kumulierten Wahrscheinlichkeiten?

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(150,0{,}12)\). 2. \(P(X=18)=\binom{150}{18}0{,}12^{18}0{,}88^{132}\approx0{,}0998\). 3. \(P(X\le15)=F(15)\approx0{,}2715\). 4. \(P(X>20)=1-F(20)\approx0{,}2587\). 5. \(P(10\le X\le25)=F(25)-F(9)\approx0{,}9543\).

Antwort

(1) \(0{,}0998\) (2) \(0{,}2715\) (3) \(0{,}2587\) (4) \(0{,}9543\)
43107212
Für ein Qualitätskontrollmodell werden \(300\) Mikrochips betrachtet. Jeder Chip ist unabhängig von den anderen mit der konstanten Wahrscheinlichkeit \(p=0{,}008\) defekt. Die Zufallsgröße \(X\) gibt die Anzahl der defekten Chips an. a) Bestimme die Wahrscheinlichkeit, dass höchstens zwei Chips defekt sind. b) Bestimme die Wahrscheinlichkeit, dass mehr als drei Chips defekt sind. c) Bestimme die Wahrscheinlichkeit, dass mindestens ein, aber höchstens drei Chips defekt sind. Gib alle Ergebnisse als Prozentwerte auf zwei Nachkommastellen an.

Denkanstöße

- Welche Werte von \(X\) gehören zu „höchstens zwei“? - Welches Gegenereignis gehört zu „mehr als drei“? - Wie kannst du für c) zwei kumulative Wahrscheinlichkeiten voneinander abziehen?

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(300,0{,}008)\). 2. \(P(X\le2)\approx0{,}569289\), also \(56{,}93\,\%\). 3. \(P(X>3)=1-P(X\le3)\approx0{,}220771\), also \(22{,}08\,\%\). 4. \(P(1\le X\le3)=P(X\le3)-P(X=0)\approx0{,}689382\), also \(68{,}94\,\%\).

Antwort

a) \(56{,}93\,\%\) b) \(22{,}08\,\%\) c) \(68{,}94\,\%\)
43113012
Für ein Qualitätsprüfungsmodell werden \(600\) Bauteile betrachtet. Jedes Bauteil besteht die Prüfung unabhängig von den anderen mit der konstanten Wahrscheinlichkeit \(p=0{,}30\). Sei \(X\) die Anzahl der bestandenen Prüfungen. Berechne die Wahrscheinlichkeit dafür, dass \(X\) außerhalb des Intervalls \([165;195]\) liegt. Gib das Ergebnis als Prozentsatz mit zwei Nachkommastellen an.

Denkanstöße

- Welche ganzzahligen Werte liegen außerhalb des geschlossenen Intervalls? - Überschneiden sich die beiden äußeren Bereiche? - Welche kumulierten Wahrscheinlichkeiten brauchst du?

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(600,0{,}3)\). 2. Außerhalb des Intervalls bedeutet \(X\le164\) oder \(X\ge196\). 3. Daher gilt \(P(X\le164\text{ oder }X\ge196)=F(164)+[1-F(195)]\approx16{,}72\,\%\).

Antwort

\(16{,}72\,\%\)
43113512
Gegeben ist eine binomialverteilte Zufallsgröße \(X\) mit den Parametern \(n=200\) und \(p=0{,}4\). Berechne die Wahrscheinlichkeit dafür, dass die Werte von \(X\) im Intervall \([72;90]\) liegen. Bestimme dazu zunächst den Erwartungswert \(\mu\) und gib an, wie weit die Intervallgrenzen von diesem entfernt sind. Runde die Wahrscheinlichkeit auf vier Dezimalstellen.

Denkanstöße

- Wie berechnet man den Erwartungswert einer Binomialverteilung? - Wie lässt sich \(P(a\le X\le b)\) mithilfe von \(F(k)=P(X\le k)\) ausdrücken? - Welchen Wert musst du abziehen, damit die untere Grenze des Intervalls noch eingeschlossen ist?

Lösung

1. Der Erwartungswert ist \(\mu=np=200\cdot0{,}4=80\). 2. Die untere Grenze \(72\) liegt \(8\) Einheiten unter \(\mu\), die obere Grenze \(90\) liegt \(10\) Einheiten darüber. Das Intervall ist also nicht symmetrisch um \(\mu\). 3. Es gilt \(P(72\le X\le90)=F(90)-F(71)\). 4. Aus Tafelwerk oder Taschenrechner erhält man \(F(90)\approx0{,}934510\) und \(F(71)\approx0{,}109415\). Mit den ungerundeten Werten folgt \(P(72\le X\le90)\approx0{,}8251\).

Antwort

\(\mu=80\); Abstände der Grenzen: \(8\) und \(10\); \(P(72\le X\le90)\approx0{,}8251\)
43113812
In einer hypothetischen Medikamentenstudie wird für jede der \(100\) betrachteten Personen unabhängig von den anderen angenommen, dass eine bestimmte Nebenwirkung mit der konstanten Wahrscheinlichkeit \(p=0{,}40\) auftritt. Sei \(X\) die Anzahl der Personen mit dieser Nebenwirkung. Berechne die folgenden Wahrscheinlichkeiten als Prozentsätze mit zwei Nachkommastellen: a) \(X<35\) b) \(X\ge45\) c) \(X\) weicht um höchstens \(5\) vom Erwartungswert ab.

Denkanstöße

- Bestimme zuerst den Erwartungswert. - Übersetze jede verbale Bedingung in ganzzahlige Grenzen für \(X\). - Welche Ereignisse lassen sich als Gegenereignis oder Differenz kumulierter Wahrscheinlichkeiten berechnen?

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(100,0{,}4)\) und \(E(X)=40\). 2. \(P(X<35)=F(34)\approx13{,}03\,\%\). 3. \(P(X\ge45)=1-F(44)\approx17{,}89\,\%\). 4. „Um höchstens \(5\) vom Erwartungswert abweichen“ bedeutet \(35\le X\le45\). Daher gilt \(P(35\le X\le45)=F(45)-F(34)\approx73{,}86\,\%\).

Antwort

a) \(13{,}03\,\%\) b) \(17{,}89\,\%\) c) \(73{,}86\,\%\)
43116812
Ein Multiple-Choice-Test besteht aus \(25\) Fragen. Tariq beantwortet jede Frage unabhängig mit der konstanten Wahrscheinlichkeit \(p=0{,}75\) richtig. Sei \(X\) die Anzahl der richtig beantworteten Fragen. a) Erkläre kurz den Vorteil kumulierter Wahrscheinlichkeiten bei der Berechnung eines Intervalls wie \(P(15\le X\le20)\). b) Berechne \(P(15\le X\le20)\) und runde auf vier Dezimalstellen.

Denkanstöße

- Welchen Rechenaufwand sparst du dir mit kumulierten Wahrscheinlichkeiten? - Welcher kumulierte Wert enthält alle Ergebnisse bis \(20\)? - Welchen kumulierten Wert musst du abziehen, damit \(15\) noch eingeschlossen bleibt?

Lösung

1. Kumulierte Wahrscheinlichkeiten ermöglichen es, eine Intervallwahrscheinlichkeit als Differenz zweier Werte zu bestimmen, statt viele Punktwahrscheinlichkeiten zu addieren. 2. Es gilt \(X\sim B(25,0{,}75)\). 3. \(P(15\le X\le20)=F(20)-F(14)\approx0{,}7566\).

Antwort

a) Eine Intervallwahrscheinlichkeit lässt sich als Differenz zweier kumulierter Werte bestimmen. b) \(0{,}7566\)
43118612
Für ein Qualitätskontrollmodell werden \(200\) Mikrochips betrachtet. Jeder Chip ist unabhängig von den anderen mit der konstanten Wahrscheinlichkeit \(p=0{,}05\) defekt. Sei \(X\) die Anzahl der defekten Chips. Bestimme die folgenden Wahrscheinlichkeiten als Prozentsätze mit zwei Nachkommastellen: 1. Es sind höchstens \(12\) Chips defekt. 2. Die Anzahl der defekten Chips liegt zwischen \(5\) und \(15\) einschließlich. 3. Die Anzahl der defekten Chips weicht um höchstens \(2\) vom Erwartungswert ab.

Denkanstöße

- Bestimme zuerst den Erwartungswert. - Wie lässt sich ein geschlossenes Intervall mit zwei kumulierten Wahrscheinlichkeiten berechnen? - Welche ganzzahligen Werte erfüllen „um höchstens \(2\) vom Erwartungswert abweichen“?

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(200,0{,}05)\) und \(E(X)=10\). 2. \(P(X\le12)=F(12)\approx79{,}65\,\%\). 3. \(P(5\le X\le15)=F(15)-F(4)\approx92{,}92\,\%\). 4. „Um höchstens \(2\) abweichen“ bedeutet \(8\le X\le12\). Daher gilt \(P(8\le X\le12)=F(12)-F(7)\approx58{,}32\,\%\).

Antwort

1. \(79{,}65\,\%\) 2. \(92{,}92\,\%\) 3. \(58{,}32\,\%\)
43215912
Das abgebildete Glücksrad besitzt \(10\) gleich große Sektoren. Es wird \(30\)-mal unabhängig nacheinander gedreht. Bestimme die Wahrscheinlichkeit für folgende Ereignisse und gib das Ergebnis jeweils als Prozentsatz mit zwei Nachkommastellen an: a) Der Sektor mit der Beschriftung R erscheint höchstens \(8\)-mal. b) Ein Sektor mit der Beschriftung Bl erscheint mindestens \(12\)-mal, aber höchstens \(18\)-mal.
Abbildung zur Aufgabe 432159

Denkanstöße

- Wie viele der zehn Sektoren tragen jeweils die gefragte Beschriftung? - Welche Werte von \(X\) gehören zu „höchstens“ beziehungsweise zum geschlossenen Intervall? - Wie lässt sich die Intervallwahrscheinlichkeit mit kumulierten Wahrscheinlichkeiten bestimmen?

Lösung

1. Für a) tragen \(3\) von \(10\) Sektoren die Beschriftung R. Sei \(X\) ihre Anzahl in \(30\) Drehungen. Dann gilt \(X\sim B(30,0{,}3)\) und \(P(X\le8)\approx43{,}15\,\%\). 2. Für b) tragen \(5\) von \(10\) Sektoren die Beschriftung Bl. Sei \(X\) ihre Anzahl in \(30\) Drehungen. Dann gilt \(X\sim B(30,0{,}5)\) und \(P(12\le X\le18)=F(18)-F(11)\approx79{,}95\,\%\).

Antwort

a) \(43{,}15\,\%\) b) \(79{,}95\,\%\)
55227112
Für die Zahl \(X\) fehlerhafter Bauteile in einer Stichprobe gilt \(X\sim B(20,0{,}1)\). Aus einer auf vier Dezimalstellen gerundeten Tabelle sind bekannt: \(F(1)\approx0{,}3917\), \(F(2)\approx0{,}6769\) und \(F(4)\approx0{,}9568\). Niko berechnet \(P(2\le X\le4)\) mit \(F(4)-F(2)\). Erkläre genau, welches Ereignis sein Ausdruck tatsächlich beschreibt, und korrigiere die Rechnung. Verwende die angegebenen Tabellenwerte und gib das Ergebnis auf vier Dezimalstellen an.

Denkanstöße

- Welche ganzzahligen Werte enthalten \(F(4)\) und \(F(2)\)? - Welche Werte verschwinden beim Subtrahieren? - Bis zu welchem Wert darfst du abziehen, wenn \(2\) enthalten bleiben soll?

Lösung

1. \(F(4)\) enthält die Werte \(0,1,2,3,4\), während \(F(2)\) die Werte \(0,1,2\) enthält. 2. Die Differenz \(F(4)-F(2)\) beschreibt daher \(P(3\le X\le4)\). 3. Damit \(X=2\) enthalten bleibt, muss \(F(1)\) abgezogen werden. 4. Also gilt \(P(2\le X\le4)=F(4)-F(1)\approx0{,}9568-0{,}3917=0{,}5651\).

Antwort

\(F(4)-F(2)=P(3\le X\le4)\). Richtig ist \(P(2\le X\le4)=F(4)-F(1)\approx0{,}5651\).
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In einer Produktion von Mikrochips sind erfahrungsgemäß \(5\,\%\) der Teile defekt; die Defektzustände der Chips werden als voneinander unabhängig angenommen. Für eine Qualitätskontrolle werden die Chips in Packungen zu je \(10\) Stück zusammengefasst. Eine Packung wird beanstandet, wenn sie mindestens einen defekten Chip enthält. Qualitätsprüferin Laila Haddad untersucht \(20\) voneinander unabhängig zusammengestellte Packungen. Berechne die Wahrscheinlichkeit für folgende Fälle: 1. Eine zufällig ausgewählte Packung wird beanstandet. 2. Von den \(20\) Packungen werden genau \(5\) beanstandet. 3. Höchstens eine der \(20\) Packungen wird beanstandet. Runde die Ergebnisse in 1. und 2. auf vier Nachkommastellen und das Ergebnis in 3. auf sechs Nachkommastellen.

Denkanstöße

- Bestimme zuerst die Wahrscheinlichkeit, dass eine Packung beanstandet wird, über das Gegenereignis „kein Chip ist defekt“. - Welche Zufallsgröße beschreibt anschließend die Zahl der beanstandeten Packungen? - Welche beiden Trefferzahlen gehören zu „höchstens eine Beanstandung“?

Lösung

1. Die Wahrscheinlichkeit, dass in einer Packung kein Chip defekt ist, beträgt \(0{,}95^{10}\). Daher ist die Beanstandungswahrscheinlichkeit \(q=1-0{,}95^{10}\approx0{,}401263\). 2. Für die Zahl \(X\) der beanstandeten Packungen gilt \(X\sim B(20,q)\). 3. \(P(X=5)=\binom{20}{5}q^5(1-q)^{15}\approx0{,}073473\). 4. \(P(X\le1)=(1-q)^{20}+\binom{20}{1}q(1-q)^{19}\approx0{,}000504886\).

Antwort

1. \(0{,}4013\) 2. \(0{,}0735\) 3. \(0{,}000505\)
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In einer Urne befinden sich zu \(25\,\%\) rote und zu \(75\,\%\) blaue Kugeln. Es werden \(192\) Kugeln mit Zurücklegen gezogen. Sei \(X\) die Anzahl der gezogenen roten Kugeln. 1. Berechne den Erwartungswert \(\mu\) und die Standardabweichung \(\sigma\) von \(X\). 2. Bestimme die Wahrscheinlichkeit der \(2\sigma\)-Umgebung um \(\mu\). 3. Begründe ohne erneute Wahrscheinlichkeitsrechnung, warum die entsprechende \(2\sigma\)-Umgebung für die Anzahl der blauen Kugeln dieselbe Wahrscheinlichkeit besitzt.

Denkanstöße

- Wie berechnest du \(\mu\) und \(\sigma\) bei einer Binomialverteilung? - Welche ganzzahligen Grenzen hat die \(2\sigma\)-Umgebung? - Wie hängen die Anzahlen roter und blauer Kugeln bei insgesamt \(192\) Ziehungen zusammen?

Lösung

1. Es gilt \(X\sim B(192,0{,}25)\), also \(\mu=192\cdot0{,}25=48\) und \(\sigma=\sqrt{192\cdot0{,}25\cdot0{,}75}=6\). 2. Die \(2\sigma\)-Umgebung ist \([36;60]\). Daher gilt \(P(36\le X\le60)=F(60)-F(35)\approx0{,}9632\). 3. Bei jeder Ziehung ergänzen sich die Anzahlen roter und blauer Kugeln zu \(192\). Das Intervall \(36\le X\le60\) entspricht deshalb genau \(132\le192-X\le156\), also der \(2\sigma\)-Umgebung um den Erwartungswert \(144\) der blauen Kugeln. Die Wahrscheinlichkeiten sind daher gleich.

Antwort

1. \(\mu=48\), \(\sigma=6\) 2. \(0{,}9632\) 3. Die beiden \(2\sigma\)-Umgebungen entsprechen sich unter der Zuordnung \(k\mapsto192-k\) und haben deshalb dieselbe Wahrscheinlichkeit.

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