Aimathic
Login | English | Deutsch

Mathe-Arbeitsblätter Klasse 8

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

Laplace-Experimente

Lernziele

  • Prüft die Gleichwahrscheinlichkeit der Einzelergebnisse.
  • Begründet die Eignung eines Laplace-Modells.
  • Unterscheidet Einzelergebnisse und zusammengefasste Kategorien.

Klicken Sie auf Aufgaben, um sie zum Drucken auszuwählen.

4135618
Untersuche die folgenden Zufallsexperimente. Entscheide jeweils, ob die Laplace-Annahme gerechtfertigt ist, und begründe deine Antwort kurz. a) Werfen einer Reißzwecke. b) Ziehen einer Karte aus einem gut durchmischten Kartenspiel mit 32 Karten. c) Werfen eines herkömmlichen Spielwürfels, bei dem alle Kanten gleichmäßig leicht abgerundet sind. d) Drehen eines Glücksrads, das in vier gleich große Viertel (rot, gelb, grün, blau) unterteilt ist.

Denkanstöße

- Was ist die wichtigste Voraussetzung für ein Laplace-Experiment? - Überlege, ob die beteiligten Objekte vollkommen symmetrisch sind. - Hat jedes mögliche Ergebnis physikalisch gesehen die exakt gleiche Chance? - Könnte die Form eines Objekts ein bestimmtes Ergebnis bevorzugen?

Lösung

1. Teilaufgabe a): Keine Laplace-Annahme. Aufgrund der asymmetrischen Form (Kopf und Spitze) sind die Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Lagen physikalisch nicht gleich groß. 2. Teilaufgabe b): Laplace-Annahme gerechtfertigt. Jede Karte ist identisch geformt und die Chance, eine bestimmte Karte zu ziehen, ist bei guter Durchmischung für alle 32 Karten gleich \(P = \frac{1}{32}\). 3. Teilaufgabe c): Laplace-Annahme gerechtfertigt. Ein herkömmlicher Spielwürfel ist hochgradig symmetrisch konstruiert. Die Rundungen betreffen alle Kanten gleichmäßig, sodass für jede Augenzahl näherungsweise \(P = \frac{1}{6}\) angenommen werden kann. 4. Teilaufgabe d): Laplace-Annahme gerechtfertigt. Da alle Sektoren den gleichen Mittelpunktswinkel von \(90^\circ\) haben, ist die Wahrscheinlichkeit für jede Farbe gleich \(P = \frac{1}{4}\).

Antwort

a) Nein, wegen mangelnder Symmetrie. b) Ja, da alle Karten die gleiche Ziehchance haben. c) Ja, da der Würfel symmetrisch bleibt. d) Ja, da die Sektoren gleich groß sind.
4135748
In einer Schachtel liegen 12 Pralinen: 7 mit Vollmilchschokolade, 4 mit Zartbitterschokolade und eine mit weißer Schokolade. Eine Praline wird blind entnommen. a) Bestimme die Wahrscheinlichkeiten für die Ergebnisse in der Ergebnismenge \(\Omega = \{\text{Vollmilch, Zartbitter, weiß}\}\). b) Begründe unter Verwendung deiner Ergebnisse aus Teilaufgabe a), warum die Entnahme bezüglich dieser Ergebnismenge kein Laplace-Experiment darstellt.

Denkanstöße

- Wie berechnet man die Wahrscheinlichkeit, wenn man die Anzahl der günstigen und die Anzahl der möglichen Fälle kennt? - Vergleiche die Wahrscheinlichkeiten der drei Pralinensorten. - Was müsste gelten, damit man von einem Laplace-Experiment spricht?

Lösung

1. Bestimmung der Gesamtzahl der Pralinen: \(7 + 4 + 1 = 12\). 2. Berechnung der Einzelwahrscheinlichkeiten: \(P(\text{Vollmilch}) = \frac{7}{12} \approx 0{,}583\), \(P(\text{Zartbitter}) = \frac{4}{12} = \frac{1}{3} \approx 0{,}333\) und \(P(\text{weiß}) = \frac{1}{12} \approx 0{,}083\). 3. Vergleich der Wahrscheinlichkeiten: Die berechneten Werte \(\frac{7}{12}\), \(\frac{4}{12}\) und \(\frac{1}{12}\) sind alle voneinander verschieden. 4. Schlussfolgerung: Da für ein Laplace-Experiment alle Ergebnisse in \(\Omega\) die gleiche Wahrscheinlichkeit besitzen müssten (\(P = \frac{1}{3}\)), ist die Laplace-Annahme hier widerlegt.

Antwort

a) \(P(\text{Vollmilch}) = \frac{7}{12}\), \(P(\text{Zartbitter}) = \frac{4}{12} = \frac{1}{3}\), \(P(\text{weiß}) = \frac{1}{12}\). b) Es handelt sich nicht um ein Laplace-Experiment, da die Wahrscheinlichkeiten der Ergebnisse unterschiedlich sind (\(\frac{7}{12} \neq \frac{4}{12} \neq \frac{1}{12}\)).
4136548
In einer Urne befinden sich 20 Kugeln, die sich nur in ihrer Farbe unterscheiden. Untersuche für die folgenden Fälle, ob es sich um ein Laplace-Experiment handelt, wenn man eine Kugel zieht und deren Farbe betrachtet. Gib jeweils die Ergebnismenge \(\Omega\) an. a) Es befinden sich jeweils 10 rote und 10 blaue Kugeln in der Urne. b) Es befinden sich 5 rote, 5 blaue, 5 grüne und 5 gelbe Kugeln in der Urne. c) Es befinden sich 2 rote, 8 blaue und 10 grüne Kugeln in der Urne.

Denkanstöße

- Überlege dir zuerst, welche verschiedenen Ergebnisse überhaupt möglich sind. - Berechne für jedes mögliche Ergebnis die Wahrscheinlichkeit. - Vergleiche die berechneten Wahrscheinlichkeiten miteinander. - Was muss für die Wahrscheinlichkeiten gelten, damit man von einem Laplace-Experiment spricht?

Lösung

1. Ein Experiment ist ein Laplace-Experiment, wenn alle Ergebnisse in \(\Omega\) die gleiche Wahrscheinlichkeit haben. 2. Fall a): Die Ergebnismenge ist \(\Omega = \{\text{rot}, \text{blau}\}\). Die Wahrscheinlichkeiten sind \(P(\text{rot}) = \frac{10}{20} = 0{,}5\) und \(P(\text{blau}) = \frac{10}{20} = 0{,}5\). Da die Wahrscheinlichkeiten gleich sind, ist es ein Laplace-Experiment. 3. Fall b): Die Ergebnismenge ist \(\Omega = \{\text{rot}, \text{blau}, \text{grün}, \text{gelb}\}\). Jede Farbe hat eine Wahrscheinlichkeit von \(P = \frac{5}{20} = 0{,}25\). Da alle Ergebnisse gleichwahrscheinlich sind, ist es ein Laplace-Experiment. 4. Fall c): Die Ergebnismenge ist \(\Omega = \{\text{rot}, \text{blau}, \text{grün}\}\). Die Wahrscheinlichkeiten sind \(P(\text{rot}) = \frac{2}{20} = 0{,}1\), \(P(\text{blau}) = \frac{8}{20} = 0{,}4\) und \(P(\text{grün}) = \frac{10}{20} = 0{,}5\). Da die Wahrscheinlichkeiten verschieden sind, ist es kein Laplace-Experiment.

Antwort

a) Ja, es ist ein Laplace-Experiment. \(\Omega = \{\text{rot}, \text{blau}\}\). b) Ja, es ist ein Laplace-Experiment. \(\Omega = \{\text{rot}, \text{blau}, \text{grün}, \text{gelb}\}\). c) Nein, es ist kein Laplace-Experiment. \(\Omega = \{\text{rot}, \text{blau}, \text{grün}\}\).
4135628
In einer Lostrommel befinden sich 12 rote, 8 blaue und 4 grüne Kugeln. a) Begründe, warum das Ziehen einer Kugel (bezogen auf die Farbe) unter den gegebenen Bedingungen kein Laplace-Experiment ist. b) Wie viele Kugeln welcher Farbe müssen mindestens hinzugefügt werden, damit das Ziehen einer Farbe zu einem Laplace-Experiment wird? c) Berechne im neuen Laplace-Experiment die Wahrscheinlichkeit für jede der drei Farben.

Denkanstöße

- Vergleiche die Anzahl der Kugeln jeder Farbe. Was müsste gelten, damit jede Farbe die gleiche Chance hat? - Orientier dich an der Farbe, die am häufigsten vorkommt. - Wie berechnet man die Wahrscheinlichkeit, wenn alle Ergebnisse gleich wahrscheinlich sind?

Lösung

1. Berechnung der Gesamtzahl und Wahrscheinlichkeiten: Gesamtzahl \(n = 12 + 8 + 4 = 24\). Die Wahrscheinlichkeiten sind \(P(\text{rot}) = \frac{12}{24} = 0{,}5\), \(P(\text{blau}) = \frac{8}{24} \approx 0{,}33\) und \(P(\text{grün}) = \frac{4}{24} \approx 0{,}17\). Da die Wahrscheinlichkeiten unterschiedlich sind, ist es kein Laplace-Experiment bezüglich der Farben. 2. Anpassung für Laplace-Bedingung: Alle Farben müssen die gleiche Anzahl an Kugeln haben. Die höchste Anzahl ist 12 (rot). 3. Berechnung der hinzuzufügenden Kugeln: Für Blau müssen \(12 - 8 = 4\) Kugeln hinzugefügt werden. Für Grün müssen \(12 - 4 = 8\) Kugeln hinzugefügt werden. 4. Neue Wahrscheinlichkeit: Die neue Gesamtzahl ist \(12 + 12 + 12 = 36\). Da es drei gleich wahrscheinliche Farben gibt, gilt für jede Farbe \(P = \frac{12}{36} = \frac{1}{3}\).

Antwort

a) Die Wahrscheinlichkeiten der Farben sind unterschiedlich (\(\frac{12}{24}\), \(\frac{8}{24}\), \(\frac{4}{24}\)). b) Es müssen 4 blaue und 8 grüne Kugeln hinzugefügt werden. c) Für jede der drei Farben beträgt die Wahrscheinlichkeit \(P = \frac{1}{3}\).
4135738
Das abgebildete Glücksrad wird einmal gedreht. a) Warum ist die Annahme eines Laplace-Experiments nicht gerechtfertigt, wenn die Ergebnismenge \(\Omega=\{\text{blau},\text{rot},\text{gelb}\}\) gewählt wird? b) Gib eine Ergebnismenge \(\Omega'\) an, für die die Laplace-Annahme gerechtfertigt ist.
Abbildung zur Aufgabe 413573

Denkanstöße

- Zähle in der Abbildung, wie viele gleich große Felder zu jeder Farbe gehören. - Prüfe, ob die drei Farbergebnisse dadurch dieselbe Wahrscheinlichkeit haben. - Überlege für b), welche feinere Beschreibung jedes gleich große Feld als eigenes Ergebnis auffassen könnte.

Lösung

1. Das Glücksrad besitzt \(10\) gleich große Felder. Davon sind \(5\) blau, \(3\) rot und \(2\) gelb. 2. Daher gilt \(P(\text{blau})=\frac{5}{10}=0{,}5\), \(P(\text{rot})=\frac{3}{10}=0{,}3\) und \(P(\text{gelb})=\frac{2}{10}=0{,}2\). Die drei Farbergebnisse sind also nicht gleich wahrscheinlich. 3. Für eine Laplace-Ergebnismenge können die zehn einzelnen Felder unterschieden werden, zum Beispiel durch Nummerierung: \(\Omega'=\{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10\}\). Jedes dieser Ergebnisse hat die Wahrscheinlichkeit \(\frac{1}{10}\).

Antwort

a) Die drei Farbergebnisse sind nicht gleich wahrscheinlich: \(P(\text{blau})=0{,}5\), \(P(\text{rot})=0{,}3\), \(P(\text{gelb})=0{,}2\). b) Zum Beispiel \(\Omega'=\{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10\}\), wenn die einzelnen gleich großen Felder unterschieden werden.
4135768
Untersuche die folgenden drei Zufallsexperimente. Gib jeweils die Ergebnismenge \(\Omega\) an und entscheide mit Begründung, ob es sich um ein Laplace-Experiment handelt. a) Werfen einer fairen Münze (Kopf oder Zahl). b) Ziehen einer Kugel aus einer Urne, in der sich \(4\) rote und \(6\) blaue Kugeln befinden. Das Ergebnis ist die Farbe der Kugel. c) Drehen eines Glücksrads, das in \(8\) exakt gleich große Sektoren unterteilt ist, die von \(1\) bis \(8\) durchnummeriert sind.

Denkanstöße

- Prüfe in jedem Fall, welche Ergebnisse in der gewählten Ergebnismenge unterschieden werden. - Für ein Laplace-Experiment müssen diese Ergebnisse gleich wahrscheinlich sein. - Begründe die Gleichheit oder Ungleichheit aus der Fairness, den Anzahlen beziehungsweise den gleich großen Sektoren.

Lösung

1. Münze: Die Ergebnismenge ist \(\Omega=\{\text{Kopf},\text{Zahl}\}\). Da die Münze fair ist, sind beide Ergebnisse gleich wahrscheinlich mit \(P=0{,}5\); es liegt ein Laplace-Experiment vor. 2. Urne: Die Ergebnismenge ist \(\Omega=\{\text{rot},\text{blau}\}\). Es ist kein Laplace-Experiment, da \(P(\text{rot})=\frac{4}{10}=0{,}4\) und \(P(\text{blau})=\frac{6}{10}=0{,}6\) verschieden sind. 3. Glücksrad: Die Ergebnismenge ist \(\Omega=\{1,2,3,4,5,6,7,8\}\). Da alle Sektoren gleich groß sind, hat jedes Ergebnis die Wahrscheinlichkeit \(\frac18\); es handelt sich um ein Laplace-Experiment.

Antwort

a) \(\Omega=\{\text{Kopf},\text{Zahl}\}\); Laplace-Experiment. b) \(\Omega=\{\text{rot},\text{blau}\}\); kein Laplace-Experiment, da \(0{,}4\neq0{,}6\). c) \(\Omega=\{1,2,3,4,5,6,7,8\}\); Laplace-Experiment.
4135798
In einer Umfrage unter \(200\) Jugendlichen nannte jede Person genau ein Lieblingshobby. Die Ergebnisse sind: Sport \(80\), Musik \(50\), Gaming \(40\) und Lesen \(30\). Anschließend wird zufällig eine Person aus diesen \(200\) Jugendlichen ausgewählt. Jede Person hat dabei dieselbe Chance, ausgewählt zu werden. Lukas behauptet: „Es gibt vier Hobbys. Deshalb beträgt die Wahrscheinlichkeit für Lesen \(25\,\%\).“ a) Erkläre, warum Lukas' Begründung falsch ist. b) Berechne die Wahrscheinlichkeit dafür, dass die ausgewählte Person Lesen genannt hat. c) Berechne die Wahrscheinlichkeit dafür, dass die ausgewählte Person Sport oder Musik genannt hat.

Denkanstöße

- Vergleiche die Größen der vier Gruppen. - Wovon hängt die Chance für ein Hobby ab, wenn eine Person ausgewählt wird? - Welche Personen gehören bei c) zum gesuchten Ereignis?

Lösung

1. Die vier Hobby-Gruppen sind unterschiedlich groß. Bei der zufälligen Auswahl sind die einzelnen Personen gleich wahrscheinlich, nicht die vier Hobby-Kategorien. 2. Für Lesen sind \(30\) von \(200\) Personen günstig. Es gilt \(P(\text{Lesen})=\frac{30}{200}=0{,}15=15\,\%\). 3. Sport und Musik umfassen zusammen \(80+50=130\) Personen. Es gilt \(P(\text{Sport oder Musik})=\frac{130}{200}=0{,}65=65\,\%\).

Antwort

a) Die vier Hobby-Gruppen sind unterschiedlich groß. Gleich wahrscheinlich ausgewählt werden die einzelnen Personen, nicht die vier Kategorien. b) \(15\,\%\) c) \(65\,\%\)
4135988
Bei einer Tombola werden Lose mit dreistelligen Nummern von 000 bis 999 verkauft. Jede Nummer existiert genau einmal. a) Wie viele verschiedene Losnummern gibt es insgesamt? b) Ein Teilnehmer behauptet: „Die Chance, die Nummer 000 zu ziehen, ist viel kleiner als die Chance für die Nummer 527, weil die 000 eine ganz besondere Zahl ist.“ Beurteile diese Aussage mathematisch. c) Angenommen, es wurden alle Lose verkauft. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass die gezogene Gewinnzahl auf der Ziffer 7 endet?

Denkanstöße

- Zähle nach, wie viele Zahlen zwischen 000 und 999 liegen (vergiss die 000 nicht). - Sind bei einer zufälligen Ziehung bestimmte Muster wahrscheinlicher als andere? - Wie viele Möglichkeiten gibt es für die letzte Ziffer, wenn sie \(7\) sein muss? Wie viele Möglichkeiten bleiben für die ersten beiden Stellen?

Lösung

1. Bestimmung der Ergebnismenge: Die Nummern von 000 bis 999 umfassen genau \(1000\) verschiedene Möglichkeiten. 2. Beurteilung der Aussage: Es handelt sich um ein Laplace-Experiment. Jede Losnummer hat die gleiche Wahrscheinlichkeit von \(P = \frac{1}{1000}\). Die „Besonderheit“ einer Ziffernfolge beeinflusst die Wahrscheinlichkeit nicht. 3. Günstige Ergebnisse für Endziffer 7 bestimmen: Die Nummern sind 007, 017, 027, ..., 997. Da es 100 Zehnerblöcke gibt (00x bis 99x) und in jedem Block genau eine Zahl auf 7 endet, gibt es \(100\) günstige Ergebnisse. Alternativ: Die letzte Stelle muss eine 7 sein (1 Möglichkeit), während die ersten beiden Stellen beliebig (je 10 Möglichkeiten) sind: \(10 \cdot 10 \cdot 1 = 100\). 4. Wahrscheinlichkeit berechnen: \(P = \frac{100}{1000} = \frac{1}{10} = 0{,}1 = 10\,\%\).

Antwort

a) Es gibt \(1000\) verschiedene Losnummern. b) Die Aussage ist falsch. Jede Nummer ist gleich wahrscheinlich (\(P = \frac{1}{1000}\)), da es sich um ein Laplace-Experiment handelt. c) Die Wahrscheinlichkeit beträgt \(\frac{1}{10}\) (oder \(10\,\%\)).
4320378
In der Abbildung siehst du zwei verschiedene Urnen, die mit farbigen Kugeln gefüllt sind. Bei beiden Urnen wird das folgende Zufallsexperiment durchgeführt: Es wird blind eine Kugel gezogen und ihre Farbe notiert. a) Bei welcher der beiden Urnen handelt es sich bei diesem Experiment (Ergebnis: Farbe der gezogenen Kugel) um ein Laplace-Experiment? Begründe deine Entscheidung. b) Berechne für beide Urnen jeweils die Wahrscheinlichkeit, eine rote Kugel zu ziehen. Gib das Ergebnis als gekürzten Bruch an.
Abbildung zur Aufgabe 432037

Denkanstöße

- Prüfe für jede Urne, wie viele Kugeln zu jeder möglichen Farbe gehören. - Für ein Laplace-Experiment müssen die Farbergebnisse gleich wahrscheinlich sein. - Vergleiche für b) jeweils die Zahl der roten Kugeln mit der Gesamtzahl der Kugeln in derselben Urne.

Lösung

1. Bei Urne A sind von insgesamt \(9\) Kugeln jeweils \(3\) blau, \(3\) rot und \(3\) gelb. Damit gilt für jede Farbe \(P=\frac{3}{9}=\frac13\). Die drei Farbergebnisse sind gleich wahrscheinlich; Urne A liefert bezüglich der Farbe ein Laplace-Experiment. 2. Bei Urne B sind von \(9\) Kugeln \(4\) blau, \(2\) rot und \(3\) gelb. Daher gilt \(P(\text{blau})=\frac49\), \(P(\text{rot})=\frac29\) und \(P(\text{gelb})=\frac39=\frac13\). Die Farbergebnisse sind nicht gleich wahrscheinlich; Urne B liefert kein Laplace-Experiment. 3. Für eine rote Kugel gilt bei Urne A \(P(\text{rot})=\frac13\) und bei Urne B \(P(\text{rot})=\frac29\).

Antwort

a) Nur Urne A ist bezüglich der Farbe ein Laplace-Experiment. b) Urne A: \(\frac13\); Urne B: \(\frac29\)
4361108
Die Abbildung zeigt den Inhalt einer Urne mit roten und blauen Kugeln. a) Jemand behauptet: „Da es nur zwei Farben gibt, ist die Wahrscheinlichkeit, eine rote Kugel zu ziehen, genau \(\frac12\).“ Erkläre, warum diese Aussage falsch ist und gib die richtige Wahrscheinlichkeit an. b) Wie müsste man die Anzahl der roten und blauen Kugeln verändern, damit ein Laplace-Experiment bezüglich der Farben vorliegt, wenn die Gesamtzahl von \(6\) Kugeln erhalten bleiben soll?
Abbildung zur Aufgabe 436110

Denkanstöße

- Lies aus der Abbildung ab, wie oft jede der beiden Farben vorkommt. - Zwei mögliche Farbergebnisse sind nur dann gleich wahrscheinlich, wenn die zugrunde liegenden gleichartigen Kugeln entsprechend verteilt sind. - Überlege für b), wie sechs Kugeln auf zwei Farben verteilt werden müssen, damit beide Anteile gleich groß sind.

Lösung

1. In der Urne befinden sich \(5\) rote und \(1\) blaue Kugel, insgesamt also \(6\) Kugeln. 2. Die beiden Farbergebnisse sind nicht gleich wahrscheinlich. Für Rot gilt \(P(\text{rot})=\frac56\), nicht \(\frac12\). 3. Damit Rot und Blau bei insgesamt \(6\) Kugeln gleich wahrscheinlich sind, müssen beide Farben gleich oft vorkommen. Es müssen also \(3\) rote und \(3\) blaue Kugeln vorhanden sein. 4. Eine mögliche Änderung ist, \(2\) rote Kugeln durch \(2\) blaue Kugeln zu ersetzen.

Antwort

a) Die Aussage ist falsch; \(P(\text{rot})=\frac56\). b) Es müssen \(3\) rote und \(3\) blaue Kugeln vorhanden sein, zum Beispiel durch Ersetzen von \(2\) roten Kugeln durch \(2\) blaue.
4375218
Das abgebildete Glücksrad hat die drei beschrifteten Felder A, B und C. Jonas rechnet für „A oder B“ mit \(\frac{2}{3}\). Korrigiere seine Rechnung und erkläre den Fehler.
Abbildung zur Aufgabe 437521

Denkanstöße

- Vergleiche in der Abbildung die Größen der drei Felder, nicht nur ihre Beschriftungen. - Überlege, in wie viele gleich große Flächenstücke sich das Rad gedanklich zerlegen lässt. - Erst auf der Ebene gleich großer Teilflächen darfst du günstige und alle Möglichkeiten zählen.

Lösung

1. Die drei beschrifteten Felder sind nicht gleich groß und daher nicht gleich wahrscheinlich. Man darf deshalb nicht einfach zwei günstige Beschriftungen durch drei Beschriftungen teilen. 2. In der Abbildung sind A und B gleich groß; C nimmt zusammen so viel Fläche ein wie A und B. Damit besteht das Rad aus vier gleich großen Vierteln: A belegt eines, B eines und C zwei. 3. A oder B bedeckt somit \(2\) von \(4\) gleich großen Vierteln. Daher ist \(P(\text{A oder B})=\frac{2}{4}=\frac{1}{2}\), nicht \(\frac{2}{3}\).

Antwort

\(P(\text{A oder B})=\frac{1}{2}\). Jonas zählt die drei Beschriftungen, obwohl die zugehörigen Felder unterschiedlich groß und damit nicht gleich wahrscheinlich sind.
4135638
Ein spezieller Würfel hat die Form eines Quaders mit den Kantenlängen \(a = 3\,\text{cm}\), \(b = 3\,\text{cm}\) und \(c = 6\,\text{cm}\). Die sechs Seitenflächen sind mit den Zahlen 1 bis 6 beschriftet. Die beiden quadratischen Flächen tragen die Zahlen 1 und 6. Die vier rechteckigen Seitenflächen tragen die Zahlen 2, 3, 4 und 5. Jonas behauptet: „Da der Körper 6 Flächen hat, ist die Wahrscheinlichkeit für jede Zahl genau \(\frac{1}{6}\).“ Nimm kritisch Stellung zu dieser Aussage. Nutze geometrische Argumente zur Begründung.

Denkanstöße

- Prüfe, ob alle sechs möglichen Auflageflächen geometrisch gleichartig sind. - Überlege, welche Symmetrieeigenschaft einen gewöhnlichen fairen Würfel auszeichnet und ob sie hier vorliegt. - Unterscheide zwischen einem geometrischen Hinweis auf Ungleichheit und einer exakten Berechnung von Landewahrscheinlichkeiten.

Lösung

1. Die beiden quadratischen Flächen haben den Flächeninhalt \(3\,\text{cm}\cdot3\,\text{cm}=9\,\text{cm}^2\). 2. Die vier rechteckigen Flächen haben den Flächeninhalt \(3\,\text{cm}\cdot6\,\text{cm}=18\,\text{cm}^2\). 3. Der Körper besitzt damit nicht die Symmetrie eines gewöhnlichen Würfels. Seine möglichen Auflageflächen unterscheiden sich in Form und Größe; auch die geometrische Lage des Schwerpunkts relativ zu den verschiedenen Auflageflächen ist nicht gleichartig. 4. Aus der bloßen Zahl von sechs Flächen folgt deshalb nicht \(P(1)=\dots=P(6)=\frac16\). Aus den Flächeninhalten allein lassen sich die tatsächlichen Landewahrscheinlichkeiten allerdings ebenfalls nicht exakt bestimmen. 5. Für exakte Wahrscheinlichkeiten wären ein geeignetes physikalisches Modell oder Versuchsdaten nötig. Die Laplace-Annahme ist für diesen Körper daher nicht begründet.

Antwort

Jonas' Aussage ist nicht begründet. Der Quader hat sechs Flächen, aber nicht die Symmetrie eines fairen Würfels. Deshalb folgt aus der Anzahl der Flächen nicht automatisch eine Wahrscheinlichkeit von \(\frac16\) für jede Zahl. Die tatsächlichen Landewahrscheinlichkeiten müssten experimentell oder mit einem geeigneten physikalischen Modell bestimmt werden.
4135678
In einem Beutel liegen \(30\) äußerlich gleichartige Plättchen. \(12\) tragen ein Apfelsymbol, \(8\) ein Birnensymbol und \(10\) ein Orangensymbol. Die Plättchen werden gut gemischt; jedes einzelne Plättchen wird im Modell als gleich wahrscheinlich angesehen. Ein Plättchen wird blind gezogen. a) Jona schlägt die Ergebnismenge \(\Omega_1=\{\text{Apfel},\text{Birne},\text{Orange}\}\) vor und behauptet, damit liege ein Laplace-Experiment vor. Beurteile die Behauptung. b) Beschreibe eine Ergebnismenge, mit der sich derselbe Versuch als Laplace-Experiment modellieren lässt. c) Berechne mit diesem Modell \(P(\text{Birne})\) und \(P(\text{kein Apfel})\).

Denkanstöße

- Unterscheide zwischen den drei Symbolarten und den einzelnen Plättchen. - Für ein Laplace-Modell müssen die Ergebnisse der gewählten Ergebnismenge gleich wahrscheinlich sein. - Prüfe bei a), ob die drei Symbolarten von gleich vielen Plättchen getragen werden. - Verwende bei c) die Ergebnismenge aus b), nicht nur die drei Symbolnamen.

Lösung

1. In \(\Omega_1\) sind die drei Ergebnisse nicht gleich wahrscheinlich, weil sie von unterschiedlich vielen einzelnen Plättchen vertreten werden: \(12\), \(8\) und \(10\). Daher ist \(\Omega_1\) keine Laplace-Ergebnismenge. 2. Man kann die \(30\) einzelnen Plättchen als Ergebnisse unterscheiden, zum Beispiel als \(A_1,\dots,A_{12},B_1,\dots,B_8,O_1,\dots,O_{10}\). Nach der Modellannahme sind diese \(30\) Einzelergebnisse gleich wahrscheinlich; damit liegt auf dieser Ergebnismenge ein Laplace-Modell vor. 3. Für Birne sind \(8\) von \(30\) Einzelergebnissen günstig. Daher gilt \(P(\text{Birne})=\frac{8}{30}=\frac{4}{15}\). 4. Für „kein Apfel“ sind die \(8+10=18\) Birnen- und Orangenplättchen günstig. Daher gilt \(P(\text{kein Apfel})=\frac{18}{30}=\frac{3}{5}\).

Antwort

a) Nein. In \(\Omega_1\) sind Apfel, Birne und Orange nicht gleich wahrscheinlich. b) Zum Beispiel die \(30\) einzelnen Plättchen als getrennte Ergebnisse. c) \(P(\text{Birne})=\frac{4}{15}\); \(P(\text{kein Apfel})=\frac{3}{5}\).
4135788
Das abgebildete Glücksrad ist in vier Sektoren \(A\), \(B\), \(C\) und \(D\) unterteilt. a) Berechne für jeden Sektor die Wahrscheinlichkeit, dass das Rad bei ihm stehen bleibt. b) Erkläre, warum dieses Zufallsexperiment bezüglich der Ergebnismenge \(\Omega=\{A,B,C,D\}\) kein Laplace-Experiment ist. c) Wie müssten die Winkel verändert werden, damit ein Laplace-Experiment mit der Ergebnismenge \(\Omega=\{A,B,C,D\}\) entsteht? Gib den neuen Winkel für die Sektoren an.
Abbildung zur Aufgabe 413578

Denkanstöße

- Lies die Mittelpunktswinkel direkt aus der Abbildung ab und vergleiche jeden Sektor mit dem Vollkreis. - Prüfe für b), ob alle vier Ergebnisse dieselbe Wahrscheinlichkeit besitzen. - Überlege für c), wie ein Vollkreis auf vier gleich wahrscheinliche Ergebnisse verteilt werden müsste.

Lösung

1. Ein voller Kreis hat \(360^\circ\). Aus den dargestellten Sektorwinkeln folgt \(P(A)=\frac{120}{360}=\frac13\), \(P(B)=\frac{120}{360}=\frac13\), \(P(C)=\frac{60}{360}=\frac16\) und \(P(D)=\frac{60}{360}=\frac16\). 2. Die vier Ergebnisse sind nicht gleich wahrscheinlich. Damit ist die Laplace-Bedingung für \(\Omega=\{A,B,C,D\}\) nicht erfüllt. 3. Für vier gleich wahrscheinliche Ergebnisse muss jeder Sektor ein Viertel des Vollkreises einnehmen. Daher beträgt jeder neue Mittelpunktswinkel \(\frac{360^\circ}{4}=90^\circ\).

Antwort

a) \(P(A)=\frac13\), \(P(B)=\frac13\), \(P(C)=\frac16\), \(P(D)=\frac16\) b) Kein Laplace-Experiment, weil die vier Ergebnisse nicht gleich wahrscheinlich sind. c) Jeder Sektor muss einen Mittelpunktswinkel von \(90^\circ\) haben.
4136558
Zwei faire sechsseitige Spielwürfel werden gleichzeitig geworfen. Wir betrachten zwei verschiedene Arten, das Ergebnis festzuhalten: a) Das Ergebnis ist die Summe der beiden Augenzahlen. Ist dies ein Laplace-Experiment? Begründe durch den Vergleich der Summen \(2\) und \(7\). b) Das Ergebnis ist das geordnete Zahlenpaar \((x;y)\), wobei \(x\) die Zahl des ersten und \(y\) die Zahl des zweiten Würfels ist. Begründe, warum diese Ergebnismenge ein Laplace-Modell bildet, und gib \(|\Omega|\) an.

Denkanstöße

- Liste für die Summen \(2\) und \(7\) die geordneten Würfelpaare auf, die sie erzeugen. - Zähle, wie viele geordnete Paare zweier Würfel insgesamt möglich sind. - Achte darauf, dass in a) Summen die Ergebnisse sind, in b) dagegen die einzelnen geordneten Würfelpaare.

Lösung

1. Die Summe \(2\) entsteht nur beim Paar \((1;1)\). Die Summe \(7\) entsteht bei \((1;6),(2;5),(3;4),(4;3),(5;2),(6;1)\). 2. Unter den \(6\cdot6=36\) gleich wahrscheinlichen geordneten Würfelpaaren hat die Summe \(2\) daher die Wahrscheinlichkeit \(\frac{1}{36}\), die Summe \(7\) die Wahrscheinlichkeit \(\frac{6}{36}=\frac{1}{6}\). Die Summen sind nicht gleich wahrscheinlich; in a) liegt kein Laplace-Experiment vor. 3. Bei b) werden die \(36\) geordneten Würfelpaare selbst als Ergebnisse betrachtet. Im Modell mit zwei fairen Würfeln sind diese geordneten Paare gleich wahrscheinlich. Daher ist b) ein Laplace-Experiment mit \(|\Omega|=36\).

Antwort

a) Nein. Zum Beispiel gilt \(P(2)=\frac{1}{36}\) und \(P(7)=\frac{1}{6}\). b) Ja. Die \(36\) geordneten Paare sind gleich wahrscheinlich; \(|\Omega|=36\).
4136568
Ein Glücksrad ist in 12 exakt gleich große Felder unterteilt. Die Felder sind mit den Zahlen 1, 2 oder 3 beschriftet. a) Wie viele Felder müssen jeweils mit der 1, der 2 und der 3 beschriftet sein, damit das Drehen des Rades ein Laplace-Experiment bezüglich der Ergebnismenge \(\Omega = \{1, 2, 3\}\) ist? b) Das Rad wird nun so beschriftet: Zwei Felder mit der 1, vier Felder mit der 2 und sechs Felder mit der 3. Berechne für dieses Experiment die Wahrscheinlichkeiten \(P(1)\), \(P(2)\) und \(P(3)\). Ist es ein Laplace-Experiment? c) Jemand behauptet: „Wenn ich das Rad aus Aufgabenteil b) drehe und nur wissen will, ob die Zahl ungerade oder gerade ist, dann ist das ein Laplace-Experiment.“ Prüfe diese Aussage mathematisch.

Denkanstöße

- Wie viele Felder gibt es insgesamt und wie viele davon entfallen auf ein bestimmtes Ergebnis? - Ein Laplace-Experiment erfordert immer die exakt gleiche Wahrscheinlichkeit für alle möglichen Ausgänge. - Fasse bei Teilaufgabe c) die Ergebnisse „1“ und „3“ zu einer Gruppe zusammen.

Lösung

1. Zu a): Damit das Experiment bezüglich \(\Omega = \{1, 2, 3\}\) ein Laplace-Experiment ist, muss jedes Ergebnis die Wahrscheinlichkeit \(P = \frac{1}{3}\) haben. Bei 12 Feldern entspricht das \(\frac{1}{3} \cdot 12 = 4\) Feldern pro Zahl. 2. Zu b): Die Gesamtzahl der Felder ist 12. Die Wahrscheinlichkeiten sind \(P(1) = \frac{2}{12} = \frac{1}{6}\), \(P(2) = \frac{4}{12} = \frac{1}{3}\) und \(P(3) = \frac{6}{12} = \frac{1}{2}\). Da die Wahrscheinlichkeiten unterschiedlich sind (\(\frac{1}{6} \neq \frac{1}{3} \neq \frac{1}{2}\)), ist es kein Laplace-Experiment. 3. Zu c): Die Ergebnismenge ist \(\Omega' = \{\text{gerade}, \text{ungerade}\}\). Gerade Zahlen auf dem Rad sind nur die 2 (4 Felder). Ungerade Zahlen sind die 1 und die 3 (zusammen \(2 + 6 = 8\) Felder). 4. Die Wahrscheinlichkeiten sind \(P(\text{gerade}) = \frac{4}{12} = \frac{1}{3}\) und \(P(\text{ungerade}) = \frac{8}{12} = \frac{2}{3}\). Da \(\frac{1}{3} \neq \frac{2}{3}\), ist die Aussage falsch; es ist kein Laplace-Experiment.

Antwort

a) Es müssen jeweils genau 4 Felder mit jeder der Zahlen 1, 2 und 3 beschriftet sein. b) \(P(1) = \frac{1}{6}\), \(P(2) = \frac{1}{3}\), \(P(3) = \frac{1}{2}\). Es ist kein Laplace-Experiment. c) Die Aussage ist falsch. Da \(P(\text{gerade}) = \frac{1}{3}\) und \(P(\text{ungerade}) = \frac{2}{3}\) gilt, sind die Wahrscheinlichkeiten nicht gleich.
4136608
Ein Glücksrad ist in \(10\) gleich große Sektoren unterteilt. Davon sind \(7\) Sektoren blau und \(3\) gelb. Das Rad wird zweimal gedreht. a) Berechne die Wahrscheinlichkeit für die Farbreihenfolge „blau, blau“. b) Noah behauptet: „Es gibt vier mögliche Farbreihenfolgen: blau-blau, blau-gelb, gelb-blau und gelb-gelb. Also hat jede Wahrscheinlichkeit \(25\,\%\).“ Erkläre den Fehler.

Denkanstöße

- Betrachte nicht nur die vier Farbnamen, sondern die einzelnen gleich großen Sektoren. - Wie viele geordnete Sektorpaare entstehen bei zwei Drehungen insgesamt? - Vergleiche die Zahl der Sektorpaare für blau-blau und gelb-gelb.

Lösung

1. Bei zwei Drehungen gibt es \(10\cdot10=100\) gleich wahrscheinliche geordnete Sektorpaare. 2. Für blau-blau kann bei jeder Drehung einer von \(7\) blauen Sektoren getroffen werden. Es gibt \(7\cdot7=49\) günstige Sektorpaare. Daher ist \(P(\text{blau, blau})=\frac{49}{100}=49\,\%\). 3. Die vier Farbreihenfolgen fassen unterschiedlich viele gleich wahrscheinliche Sektorpaare zusammen. Zum Beispiel gibt es für gelb-gelb nur \(3\cdot3=9\) Sektorpaare. Deshalb sind die vier Farbreihenfolgen nicht gleich wahrscheinlich.

Antwort

a) \(49\,\%\) b) Die vier Farbreihenfolgen bestehen aus unterschiedlich vielen gleich wahrscheinlichen Sektorpaaren; daher darf man nicht durch \(4\) teilen.
5530908
Bei einem unbekannten Zufallsgerät können die Ergebnisse A, B, C und D auftreten. In \(200\) Versuchen wurden die absoluten Häufigkeiten \(48\), \(53\), \(50\) und \(49\) beobachtet. Kaan sagt: „Die Häufigkeiten sind fast gleich. Damit ist bewiesen, dass das Gerät ein Laplace-Experiment liefert.“ Beurteile die Aussage.

Denkanstöße

- Unterscheide beobachtete relative Häufigkeiten von theoretischen Wahrscheinlichkeiten. - Frage, ob \(200\) Versuche überhaupt exakt gleiche Häufigkeiten erwarten lassen. - Überlege, wodurch die Gleichwahrscheinlichkeit bei einem Laplace-Experiment begründet werden muss.

Lösung

1. Die vier beobachteten Häufigkeiten liegen tatsächlich nahe beieinander; die relativen Häufigkeiten sind \(0{,}24\), \(0{,}265\), \(0{,}25\) und \(0{,}245\). 2. Diese empirischen Werte sind mit gleich wahrscheinlichen Ergebnissen vereinbar, beweisen sie aber nicht. 3. Ob ein Laplace-Experiment vorliegt, wird durch das Modell beziehungsweise die Bauart des Zufallsgeräts begründet: Die einzelnen Ergebnisse müssen theoretisch gleich wahrscheinlich sein. Endliche Versuchsreihen können nur empirische Hinweise liefern und schwanken zufällig.

Antwort

Kaans Aussage ist zu stark. Die Daten passen zu einem Laplace-Modell, beweisen aber nicht, dass A, B, C und D theoretisch gleich wahrscheinlich sind.
5530918
Das abgebildete Glücksrad hat \(6\) gleich große Sektoren. Beim Drehen wird nur die Farbe notiert. Zurzeit ist das Farbexperiment nicht Laplace. Du darfst genau einen Sektor umfärben. Welche Änderung macht die drei Farbergebnisse Rot, Blau und Grün gleich wahrscheinlich? Begründe.
Abbildung zur Aufgabe 553091

Denkanstöße

- Zähle zunächst die Sektoren jeder Farbe. - Teile die Gesamtzahl \(6\) gleichmäßig auf die drei gewünschten Farbergebnisse auf. - Vergleiche die Zielanzahlen mit den aktuellen Anzahlen und ändere genau einen Sektor.

Lösung

1. Im Ausgangszustand gibt es \(3\) rote, \(2\) blaue und \(1\) grünen Sektor. 2. Für drei gleich wahrscheinliche Farbergebnisse müssen bei insgesamt \(6\) Sektoren auf jede Farbe \(2\) Sektoren entfallen. 3. Daher muss einer der roten Sektoren grün gefärbt werden. Danach gibt es je \(2\) rote, blaue und grüne Sektoren, also für jede Farbe die Wahrscheinlichkeit \(\frac{2}{6}=\frac{1}{3}\).

Antwort

Einen roten Sektor grün färben. Danach gibt es von jeder Farbe \(2\) Sektoren und jede Farbe hat Wahrscheinlichkeit \(\frac{1}{3}\).

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.