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Wahrscheinlichkeit Grundlagen · Erklären & üben

Wahrscheinlichkeit

Wahrscheinlichkeit beschreibt, wie stark ein Ereignis im gewählten Zufallsmodell zu erwarten ist. Du unterscheidest einzelne Ergebnisse von Ereignissen und berechnest Anteile bei gleich wahrscheinlichen Ergebnissen.

Erklärung 01

Ergebnisse sammeln, Ereignisse beschreiben

Ein Ergebnis ist ein einzelner möglicher Ausgang. Ein Ereignis ist eine Menge von Ergebnissen. Bei einem fairen Würfel ist die 4 ein Ergebnis; „gerade Zahl“ ist ein Ereignis.

  1. Lege fest, was beobachtet wird.

  2. Notiere alle möglichen Ergebnisse.

  3. Wähle die Ergebnisse aus, die die Ereignisbedingung erfüllen.

A⊆Ω\mathsf{A\subseteq\Omega}

Sechs Ergebniskarten 1 bis 6; 2, 4 und 6 gehören zum Ereignis gerade Augenzahl.

So geht es am Beispiel

Ein fairer Würfel wird einmal geworfen. Beschreibe das Ereignis A „gerade Zahl“.

Die möglichen Augenzahlen sind 1 bis 6.

Ω={1,2,3,4,5,6}\mathsf{\Omega=\{1,2,3,4,5,6\}}

Die Bedingung erfüllen die Zahlen 2, 4 und 6.

A={2,4,6}\mathsf{A=\{2,4,6\}}

Ergebnis

A={2,4,6}\mathsf{A=\{2,4,6\}}

Erklärung 02

Gleich wahrscheinliche Ergebnisse zählen

Bei einem Laplace-Modell sind alle einzelnen Ergebnisse gleich wahrscheinlich. Dann teilst du die Zahl günstiger Ergebnisse durch die Gesamtzahl. Zwei Farbnamen bedeuten nicht automatisch zwei gleich wahrscheinliche Ergebnisse.

  1. Prüfe die Gleichwahrscheinlichkeit.

  2. Zähle günstige und alle Ergebnisse.

  3. Bilde den Quotienten und wandle ihn bei Bedarf in Prozent um.

P(A)=∣A∣∣Ω∣\mathsf{P(A)=\frac{|A|}{|\Omega|}}

Acht gleich große Sektoren, fünf R und drei B; B belegt drei Achtel.

So geht es am Beispiel

Ein ideales Glücksrad hat acht gleich große Felder: fünf mit R und drei mit B. Wie wahrscheinlich ist B?

Jedes der acht Felder ist gleich wahrscheinlich.

Drei Felder tragen B.

P(B)=38=0,375=37,5%\mathsf{P(B)=\frac{3}{8}=0{,}375=37{,}5\%}

Ergebnis

P(B)=37,5%\mathsf{P(B)=37{,}5\%}

Erklärung 03

Ergänzen und kombinieren

Wahrscheinlichkeiten liegen zwischen 0 und 1. Ein unmögliches Ereignis hat Wahrscheinlichkeit 0, ein sicheres 1. Das Gegenereignis enthält genau die übrigen Ergebnisse. Bei disjunkten Ereignissen darfst du die Wahrscheinlichkeiten addieren.

  1. Prüfe, ob Ereignisse einander ausschließen.

  2. Nutze das Gegenereignis, wenn es leichter zu zählen ist.

  3. Bei mehreren Würfen zähle geordnete Ergebnisse.

P(A‾)=1−P(A)\mathsf{P(\overline A)=1-P(A)}

So geht es am Beispiel

Zwei faire Würfel werden unabhängig geworfen. Bestimme die Wahrscheinlichkeit für die Summe 3.

Jeder erste Wurf lässt sich mit sechs zweiten Würfen kombinieren.

∣Ω∣=6⋅6=36\mathsf{|\Omega|=6\cdot6=36}

Günstig sind die geordneten Paare (1, 2) und (2, 1).

P(Summe 3)=236=118\mathsf{P(\textsf{Summe 3})=\frac{2}{36}=\frac{1}{18}}

Ergebnis

P(Summe 3)=118\mathsf{P(\textsf{Summe 3})=\frac{1}{18}}

Erklärung 04

Modell und Beobachtung trennen

Eine relative Häufigkeit beschreibt bereits beobachtete Versuche. Sie kann eine unbekannte Wahrscheinlichkeit schätzen. Auch bei einer fairen Münze sind nicht in jeder Versuchsreihe genau gleich viele Kopf- und Zahlwürfe zu erwarten.

  1. Teile die Trefferzahl durch die Versuchszahl.

  2. Benenne den Wert als beobachtete relative Häufigkeit.

  3. Unterscheide ihn von der Wahrscheinlichkeit des Modells.

h(A)=H(A)n\mathsf{h(A)=\frac{H(A)}{n}}

So geht es am Beispiel

In 60 Münzwürfen wird 33-mal Kopf beobachtet. Vergleiche Häufigkeit und faires Modell.

h(K)=3360=0,55\mathsf{h(K)=\frac{33}{60}=0{,}55}

Beobachtet wurden 55 Prozent Kopf. Im fairen Modell beträgt die Wahrscheinlichkeit 50 Prozent.

Die Abweichung allein beweist keine Unfairness.

Ergebnis

Beobachtet: 55 Prozent; faires Modell: 50 Prozent.

Jetzt bist du dran

Aufgaben & Lösungen

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

  1. Aufgabe 1Wahrscheinlichkeit · EinstiegEin fairer Würfel wird einmal geworfen. Notiere die Ergebnismenge und das Ereignis A „größer als 4“.Aufgabe öffnenAufgabe einklappen
    Lösung & Rechenweg

    Rechenweg

    1. Schritt 1 · Rechnung / Rechenweg

      Alle sechs Augenzahlen sind möglich.

      Ω={1,2,3,4,5,6}\mathsf{\Omega=\{1,2,3,4,5,6\}}
    2. Schritt 2 · Rechnung / Rechenweg

      Nur 5 und 6 erfüllen die Bedingung.

      A={5,6}\mathsf{A=\{5,6\}}

    Ergebnisse & Teilantworten

    1. ErgebnismengeΩ={1,2,3,4,5,6}\mathsf{\Omega=\{1,2,3,4,5,6\}}
    2. Ereignis AA={5,6}\mathsf{A=\{5,6\}}
  2. Aufgabe 2Wahrscheinlichkeit · EinstiegEin Beutel enthält elf äußerlich gleiche Lose: vier Gewinnlose und sieben Nieten. Jedes Los wird gleich wahrscheinlich gezogen. Berechne die Gewinnwahrscheinlichkeit.Aufgabe öffnenAufgabe einklappen
    Lösung & Rechenweg

    Rechenweg

    1. Schritt 1 · Rechnung / Rechenweg

      Vier von elf Losen sind günstig.

      P(G)=411≈0,3636\mathsf{P(G)=\frac{4}{11}\approx0{,}3636}
    2. Schritt 2 · Rechnung / Rechenweg

      Die Prozentangabe ist gerundet.

      P(G)≈36,36%\mathsf{P(G)\approx36{,}36\%}

    Ergebnis

    1. Gewinnwahrscheinlichkeit411≈36,36%\mathsf{\frac{4}{11}\approx36{,}36\%}
  3. Aufgabe 3Wahrscheinlichkeit · ÜbungEin fairer Würfel wird einmal geworfen. Ordne auf der Skala zu: A „Augenzahl 7“, B „Augenzahl höchstens 4“, C „Augenzahl mindestens 1“. Zeichne und beschrifte drei Markierungen.Aufgabe öffnenAufgabe einklappen

    Beschriftete Wahrscheinlichkeitsskala

    Skala von 0 bis 1 ohne Ereignismarkierungen.

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

    Lösung & Rechenweg

    Rechenweg

    1. Schritt 1 · Erklärung

      A ist unmöglich.

      P(A)=0\mathsf{P(A)=0}
    2. Schritt 2 · Erklärung

      Vier der sechs Augenzahlen sind höchstens 4.

      P(B)=46=23\mathsf{P(B)=\frac46=\frac23}
    3. Schritt 3 · Erklärung

      C enthält alle möglichen Ergebnisse.

      P(C)=1\mathsf{P(C)=1}

    Ergebnis

    1. Beschriftete WahrscheinlichkeitsskalaA bei 0; B bei zwei Dritteln; C bei 1.
  4. Aufgabe 4Wahrscheinlichkeit · ÜbungEin Glücksrad hat zehn gleich große Felder: sechs gelbe, drei blaue und ein weißes. Berechne die Wahrscheinlichkeit für „nicht gelb“ und für „gelb oder weiß“.Aufgabe öffnenAufgabe einklappen
    Lösung & Rechenweg

    Rechenweg

    1. Schritt 1 · Rechnung / Rechenweg

      Nicht gelb umfasst drei blaue und ein weißes Feld.

      P(nicht gelb)=410=40%\mathsf{P(\textsf{nicht gelb})=\frac4{10}=40\%}
    2. Schritt 2 · Rechnung / Rechenweg

      Gelb und Weiß schließen sich bei einem Dreh aus.

      P(gelb oder weiß)=610+110=70%\mathsf{P(\textsf{gelb oder weiß})=\frac6{10}+\frac1{10}=70\%}

    Ergebnisse & Teilantworten

    1. Nicht gelb40%\mathsf{40\%}
    2. Gelb oder weiß70%\mathsf{70\%}
  5. Aufgabe 5Wahrscheinlichkeit · TransferZwei faire Würfel werden unabhängig geworfen. Bestimme die Wahrscheinlichkeit für die Summe 5. Nenne zuerst alle günstigen geordneten Paare.Aufgabe öffnenAufgabe einklappen
    Tipp anzeigen

    Die Reihenfolge der Würfel gehört zum Ergebnis.

    Lösung & Rechenweg

    Rechenweg

    1. Schritt 1 · Rechnung / Rechenweg

      Zu jeder ersten Augenzahl gehören sechs mögliche zweite Augenzahlen.

      ∣Ω∣=36\mathsf{|\Omega|=36}
    2. Schritt 2 · Rechnung / Rechenweg

      Günstig sind (1, 4), (2, 3), (3, 2), (4, 1).

      P(Summe 5)=436=19\mathsf{P(\textsf{Summe 5})=\frac4{36}=\frac19}

    Ergebnisse & Teilantworten

    1. Günstige Paare(1, 4), (2, 3), (3, 2), (4, 1)
    2. Wahrscheinlichkeit19\mathsf{\frac19}
  6. Aufgabe 6Wahrscheinlichkeit · TransferEine Münze zeigt bei 80 Würfen 46-mal Kopf. Berechne die relative Häufigkeit. Tom behauptet: „Beim nächsten Wurf kommt Kopf sicher mit 57,5 Prozent Wahrscheinlichkeit.“ Beurteile die Aussage.Aufgabe öffnenAufgabe einklappen
    Lösung & Rechenweg

    Rechenweg

    1. Schritt 1 · Erklärung

      Die relative Häufigkeit bezieht sich auf diese 80 Würfe.

      h(K)=4680=0,575=57,5%\mathsf{h(K)=\frac{46}{80}=0{,}575=57{,}5\%}
    2. Schritt 2 · Erklärung

      Dieser beobachtete Anteil legt die Wahrscheinlichkeit des nächsten Wurfs nicht sicher fest.

    3. Schritt 3 · Erklärung

      Bei einer fairen Münze und unabhängigen Würfen bleibt sie 50 Prozent. Ohne ein solches Modell dient der Anteil nur als Schätzung.

    Ergebnisse & Teilantworten

    1. Relative Häufigkeit57,5%\mathsf{57{,}5\%}
    2. Beurteilung57,5 Prozent ist der beobachtete Anteil. Die nächste Wahrscheinlichkeit folgt daraus nicht sicher; im fairen unabhängigen Modell sind es 50 Prozent.

Selbstcheck

Das kann ich jetzt

  • Ich unterscheide Ergebnis und Ereignis.
  • Ich prüfe die Gleichwahrscheinlichkeit vor der Laplace-Formel.
  • Ich verwechsle relative Häufigkeit nicht mit einer garantierten Wahrscheinlichkeit.

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