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Binomialverteilung · Erklären & üben

Bernoulli Experiment

Ein Bernoulli-Experiment fasst einen Zufallsversuch in Erfolg und Misserfolg zusammen. Entscheidend ist die festgelegte Einteilung, nicht die Zahl der ursprünglich möglichen Einzelergebnisse.

Erklärung 01

Erfolg vorher festlegen

Ein Würfel hat sechs Augenzahlen und kann trotzdem ein Bernoulli-Experiment liefern: Lege etwa „gerade Augenzahl“ als Erfolg fest, alle anderen als Misserfolg. Die Bezeichnungen bedeuten keine persönliche Bewertung. Das Erfolgsereignis und sein Gegenereignis müssen sich ausschließen und gemeinsam alle möglichen Ergebnisse abdecken.

  1. Prüfe Voraussetzungen und übersetze die Frage in ein Ereignis.

  2. Rechne mit exakten Werten und benenne die Bedeutung des Ergebnisses.

P(E)=p,P(N)=1−p\mathsf{P(E)=p,\qquad P(N)=1-p}

Einzelner Erfolgs-/Misserfolgsbaum für mindestens5Augen mit p=1/3.

So geht es am Beispiel

Ein fairer Würfel wird einmal geworfen. Erfolg bedeutet gerade Augenzahl. Bestimme beide Ereignisse und p.

Erfolg:2,4,6. Misserfolg:1,3,5.

p=36=12\mathsf{p=\frac36=\frac12}

Ergebnis

Die beiden zusammengefassten Ausgänge haben je Wahrscheinlichkeit 1/2.

So geht es am Beispiel

Definiere stattdessen mindestens 5 Augen als Erfolg.

Erfolg:5,6. Misserfolg:1,2,3,4.

p=26=13,1−p=23\mathsf{p=\frac26=\frac13,\qquad1-p=\frac23}

Ergebnis

Eine andere Erfolgsdefinition verändert die Trefferwahrscheinlichkeit.

Erklärung 02

Als Null-Eins-Variable darstellen

Der Indikator Yeines Erfolgs nimmt 1 bei Erfolg und 0 bei Misserfolg an. Seine Bernoulli-Verteilung wird im vorhandenen Thema Bernoulliverteilung genauer behandelt. Ein einzelnes Bernoulli-Experiment braucht noch keine Annahme über Unabhängigkeit von weiteren Versuchen; diese Frage entsteht erst bei einer Folge von Versuchen.

  1. Prüfe Voraussetzungen und übersetze die Frage in ein Ereignis.

  2. Rechne mit exakten Werten und benenne die Bedeutung des Ergebnisses.

Y={1bei Erfolg0bei Misserfolg\mathsf{Y=\begin{cases}1&\textsf{bei Erfolg}\\0&\textsf{bei Misserfolg}\end{cases}}

Erklärung 03

Vom Einzelversuch zur Trefferzahl

Wiederholst du eine feste Anzahl nvon Bernoulli-Versuchen unabhängig mit derselben Trefferwahrscheinlichkeit, ist die Summe der Indikatoren binomialverteilt. Wiederholung allein garantiert diese Bedingungen nicht. Beim Ziehen ohne Zurücklegen ändern sich meist die Zusammensetzung der Urne und damit die bedingten Trefferwahrscheinlichkeiten. Die allgemeinen Pfad- und Summenregeln behandelt Wahrscheinlichkeitsrechnung.

  1. Prüfe Voraussetzungen und übersetze die Frage in ein Ereignis.

  2. Rechne mit exakten Werten und benenne die Bedeutung des Ergebnisses.

X=Y1+⋯+Yn∼B(n,p)\mathsf{X=Y_1+\cdots+Y_n\sim B(n,p)}

Trefferzahlverteilung zweier unabhängiger Versuche mit p=0,5.

So geht es am Beispiel

Zweimal wird unabhängig ein fairer Würfel geworfen; gerade Augenzahl ist Erfolg. Berechne genau einen Erfolg.

P(X=1)=12⋅12+12⋅12=12\mathsf{P(X=1)=\frac12\cdot\frac12+\frac12\cdot\frac12=\frac12}

Ergebnis

Genau ein Erfolg hat Wahrscheinlichkeit 1/2.

Jetzt bist du dran

Aufgaben & Lösungen

Rechne zuerst selbst. Nutze den Platz für deinen Rechenweg und vergleiche anschließend mit der Lösung.

  1. Aufgabe 1Bernoulli Experiment · EinstiegEin fairer Würfel wird einmal geworfen. Erfolg bedeutet mindestens 5 Augen. Nenne die Erfolgsmenge und ihre Wahrscheinlichkeit.Aufgabe öffnenAufgabe einklappen
    Lösung & Rechenweg

    Rechenweg

    1. Schritt 1 · Rechnung / Rechenweg

      Die Erfolgsmenge ist{5,6}.

      p=26=13\mathsf{p=\frac26=\frac13}

    Ergebnisse & Teilantworten

    1. Erfolgsmenge{5,6}
    2. Erfolgswahrscheinlichkeit13\mathsf{\frac13}
  2. Aufgabe 2Bernoulli Experiment · EinstiegFür ein Bernoulli-Experiment gilt p=0,3. Berechne die Misserfolgswahrscheinlichkeit.Aufgabe öffnenAufgabe einklappen
    Lösung & Rechenweg

    Rechenweg

    1. Schritt 1 · Rechnung / Rechenweg
      1−p=1−0,3=0,7\mathsf{1-p=1-0{,}3=0{,}7}

    Ergebnis

    1. Misserfolgswahrscheinlichkeit0,7\mathsf{0{,}7}
  3. Aufgabe 3Bernoulli Experiment · StandardDer Indikator Ysteht für Erfolg „mindestens 5 Augen“. Welchen Wert hat Ybei einer gewürfelten 4 und bei einer 6?Aufgabe öffnenAufgabe einklappen
    Lösung & Rechenweg

    Rechenweg

    1. Schritt 1 · Rechnung / Rechenweg

      4 ist Misserfolg und erhält 0;6 ist Erfolg und erhält 1.

    Ergebnisse & Teilantworten

    1. Ybei40\mathsf{0}
    2. Ybei61\mathsf{1}
  4. Aufgabe 4Bernoulli Experiment · StandardBeschrifte den vorbereiteten Einzelbaum für Erfolg „mindestens 5 Augen“ beim fairen Würfel. Eund Nsind gegeben; ergänze beide Astwahrscheinlichkeiten.Aufgabe öffnenAufgabe einklappen

    Beschrifteter Einzelbaum

    Vorbereitete Darstellung mit gegebenen Achsen oder Knoten.

    Du kannst auf Papier arbeiten oder deine Zeichnung in Worten beschreiben.

    Lösung & Rechenweg

    Rechenweg

    1. Schritt 1 · Erklärung
      P(E)=13,P(N)=23\mathsf{P(E)=\frac13,\qquad P(N)=\frac23}
    2. Schritt 2 · Erklärung

      Die Wahrscheinlichkeiten der beiden ausgehenden Äste summieren sich zu 1.

    Ergebnis

    1. Beschrifteter EinzelbaumE-Ast 1/3, N-Ast 2/3.
  5. Aufgabe 5Bernoulli Experiment · TransferEine Urne enthält 2 rote und 2 blaue Kugeln. Zweimal wird ohne Zurücklegen gezogen, Rot zählt als Erfolg. Warum ist die Trefferzahl im Allgemeinen nicht B(2,0,5)-verteilt?Aufgabe öffnenAufgabe einklappen
    Lösung & Rechenweg

    Rechenweg

    1. Schritt 1 · Rechnung / Rechenweg

      Nach einer roten Kugel beträgt die Wahrscheinlichkeit für Rot beim zweiten Zug 1/3, nach einer blauen 2/3. Die Versuche sind nicht unabhängig mit konstanten bedingten Wahrscheinlichkeiten.

    Ergebnis

    1. Fehlende VoraussetzungUnabhängigkeit mit unverändertem p ist nicht gegeben.
  6. Aufgabe 6Bernoulli Experiment · TransferZwei unabhängige Bernoulli-Versuche haben jeweils p=0,5. Berechne die Wahrscheinlichkeit für genau einen Erfolg.Aufgabe öffnenAufgabe einklappen
    Lösung & Rechenweg

    Rechenweg

    1. Schritt 1 · Rechnung / Rechenweg
      P(X=1)=2⋅0,5⋅0,5=0,5\mathsf{P(X=1)=2\cdot0{,}5\cdot0{,}5=0{,}5}

    Ergebnis

    1. Wahrscheinlichkeit0,5\mathsf{0{,}5}

Selbstcheck

Das kann ich jetzt

  • Ich lese Titel, Achsen, Einheiten und Legende.
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