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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.

Umkehrung von Baumdiagrammen

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43758611
Das Baumdiagramm zeigt die Teilnahme von \(1200\) Jugendlichen an genau einem von zwei Schulprogrammen sowie die Zahl der ausgezeichneten Personen in beiden Gruppen. Bestimme die Wahrscheinlichkeit, dass eine ausgezeichnete Person aus dem Musikprogramm stammt.
Abbildung zur Aufgabe 437586

Denkanstöße

- Stelle zuerst fest, wie viele ausgezeichnete Personen es in beiden Programmen zusammen gibt. - Die neue Bezugsgruppe besteht nur aus den ausgezeichneten Personen. - Welcher Teil dieser Bezugsgruppe gehört zum Musikprogramm?

Lösung

1. Aus dem Diagramm sind insgesamt \(144+72=216\) Personen ausgezeichnet. 2. Davon stammen \(144\) aus dem Musikprogramm. 3. Innerhalb der ausgezeichneten Personen beträgt der Musikanteil daher \(\frac{144}{216}=\frac{2}{3}\).

Antwort

\(\frac{2}{3}\approx66{,}7\,\%\)
42209911
In einem Logistikzentrum werden Pakete von zwei Scannern \(A\) und \(B\) erfasst. Scanner \(A\) verarbeitet \(70\,\%\) der Pakete, Scanner \(B\) die übrigen \(30\,\%\). Die Fehlerwahrscheinlichkeit für eine nicht korrekte Lesung \(F\) beträgt bei Scanner \(A\) \(2\,\%\) und bei Scanner \(B\) \(5\,\%\). a) Berechne die Wahrscheinlichkeit \(P(F)\). b) Ein Paket wurde fehlerhaft gelesen. Bestimme \(P_F(A)\). Runde den Prozentwert auf eine Dezimalstelle. c) Interpretiere den Term \(\frac{0{,}3\cdot0{,}95}{0{,}7\cdot0{,}98+0{,}3\cdot0{,}95}\) im Sachzusammenhang.

Denkanstöße

- Welche vollständigen Pfade führen zum Ereignis „fehlerhaft gelesen“? - Bei b) ist die Menge aller fehlerhaft gelesenen Pakete die neue Bezugsgruppe. - Zerlege in c) Zähler und Nenner jeweils in die Ereignisse, die durch die Faktoren beschrieben werden.

Lösung

1. Zum Ereignis \(F\) führen die beiden Fehlerpfade. Daher gilt \(P(F)=0{,}7\cdot0{,}02+0{,}3\cdot0{,}05=0{,}029\). 2. Der Fehlerpfad über Scanner \(A\) hat die Wahrscheinlichkeit \(P(A\cap F)=0{,}7\cdot0{,}02=0{,}014\). Innerhalb aller fehlerhaft gelesenen Pakete ist deshalb \(P_F(A)=\frac{0{,}014}{0{,}029}=\frac{14}{29}\approx0{,}4828\), also gerundet \(48{,}3\,\%\). 3. Im Zähler steht die Wahrscheinlichkeit für den Pfad „Scanner \(B\) und korrekte Lesung“. Der Nenner ist die Gesamtwahrscheinlichkeit einer korrekten Lesung über beide Scanner. Der Term ist daher \(P_{\bar{F}}(B)\).

Antwort

a) \(P(F)=0{,}029=2{,}9\,\%\) b) \(P_F(A)\approx48{,}3\,\%\) c) Der Term ist \(P_{\bar{F}}(B)\): die Wahrscheinlichkeit, dass Scanner \(B\) das Paket verarbeitet hat, unter der Bedingung einer korrekten Lesung.
42212711
Für ein Modell eines Diagnoseverfahrens gelten Sensitivität \(98\,\%\) und Spezifität \(96\,\%\). \(S\) bezeichnet „Stoffwechselstörung liegt vor“ und \(T\) „Testergebnis positiv“. a) Bestimme \(P_T(S)\), wenn \(P(S)=0{,}5\,\%\) gilt. Runde den Prozentwert auf eine Dezimalstelle. b) Bestimme \(P_T(S)\), wenn stattdessen \(P(S)=5\,\%\) gilt. Runde den Prozentwert auf eine Dezimalstelle. c) Vergleiche die Ergebnisse und erläutere den Einfluss der Grundhäufigkeit auf die Aussagekraft eines positiven Ergebnisses.

Denkanstöße

- Die Testeigenschaften bleiben in a) und b) gleich; nur die Größe der Ausgangsgruppe \(S\) ändert sich. - Bestimme in jedem Fall den Gesamtanteil positiver Ergebnisse aus beiden Ausgangsgruppen. - Vergleiche anschließend den Anteil des Pfades \(S\cap T\) an allen positiven Ergebnissen.

Lösung

1. Für \(P(S)=0{,}005\) ist \(P(T)=0{,}98\cdot0{,}005+0{,}04\cdot0{,}995=0{,}0447\). Der gemeinsame Anteil \(P(S\cap T)\) ist \(0{,}0049\). Damit gilt \(P_T(S)=\frac{0{,}0049}{0{,}0447}\approx0{,}1096\), also \(11{,}0\,\%\). 2. Für \(P(S)=0{,}05\) ist \(P(T)=0{,}98\cdot0{,}05+0{,}04\cdot0{,}95=0{,}087\). Mit \(P(S\cap T)=0{,}049\) folgt \(P_T(S)=\frac{0{,}049}{0{,}087}\approx0{,}5632\), also \(56{,}3\,\%\). 3. Bei höherer Grundhäufigkeit stammt ein größerer Anteil aller positiven Ergebnisse aus der Gruppe \(S\). Deshalb steigt hier \(P_T(S)\), obwohl Sensitivität und Spezifität gleich bleiben.

Antwort

a) \(P_T(S)\approx11{,}0\,\%\) b) \(P_T(S)\approx56{,}3\,\%\) c) Eine höhere Grundhäufigkeit erhöht hier deutlich den Anteil tatsächlich Betroffener unter den positiv Getesteten.
42213811
In einem Modell für eine automatisierte Scan-Station sind \(2\,\%\) aller Pakete beschädigt (\(B\)). Bei einem beschädigten Paket gibt der Scanner mit Wahrscheinlichkeit \(94\,\%\) Alarm (\(S\)); bei einem unbeschädigten Paket löst er mit Wahrscheinlichkeit \(4\,\%\) einen Fehlalarm aus. a) Berechne \(P(S)\). b) Bestimme \(P_S(B)\). Runde den Prozentwert auf eine Dezimalstelle. c) Bestimme \(P_{\bar{S}}(B)\). Runde den Prozentwert auf zwei Dezimalstellen. d) Unter \(200\) Paketen mit Alarm: Wie viele sind nach dem Modell voraussichtlich unbeschädigt? Runde auf eine ganze Anzahl von Paketen.

Denkanstöße

- Ein Alarm kann auf zwei verschiedenen vollständigen Pfaden entstehen. - Bei b) und c) ändert sich jeweils die Bezugsgruppe entsprechend dem beobachteten Scannergebnis. - Für d) brauchst du den Anteil der unbeschädigten Pakete innerhalb der Alarmgruppe, nicht innerhalb aller Pakete.

Lösung

1. Die beiden Alarm-Pfade ergeben \(P(S)=0{,}02\cdot0{,}94+0{,}98\cdot0{,}04=0{,}058\). 2. Der Pfad \(B\cap S\) hat die Wahrscheinlichkeit \(0{,}02\cdot0{,}94=0{,}0188\). Daher ist \(P_S(B)=\frac{0{,}0188}{0{,}058}\approx0{,}3241\), also gerundet \(32{,}4\,\%\). 3. Für keinen Alarm gilt \(P(\bar{S})=1-0{,}058=0{,}942\). Der Pfad \(B\cap\bar{S}\) hat die Wahrscheinlichkeit \(0{,}02\cdot0{,}06=0{,}0012\). Somit ist \(P_{\bar{S}}(B)=\frac{0{,}0012}{0{,}942}\approx0{,}001274\), also \(0{,}13\,\%\). 4. Unter den Alarmen ist der Anteil unbeschädigter Pakete \(P_S(\bar{B})=1-P_S(B)\approx0{,}6759\). Für \(200\) Alarmpakete ergibt das \(200\cdot0{,}6759\approx135{,}2\), also etwa \(135\) Pakete.

Antwort

a) \(P(S)=0{,}058=5{,}8\,\%\) b) \(P_S(B)\approx32{,}4\,\%\) c) \(P_{\bar{S}}(B)\approx0{,}13\,\%\) d) Etwa \(135\) Pakete sind unbeschädigt.
43093511
Für eine Modellrechnung werden \(2000\) Personen nach Altersgruppe und Nutzung eines Streaming-Dienstes eingeteilt. \(A\) bedeutet „unter \(30\) Jahre“, \(B\) „mindestens \(30\) Jahre“, \(R\) „regelmäßige Nutzung“ und \(S\) „seltene oder keine Nutzung“. <table> <tr><th colspan="2">Nutzungsverhalten</th><th colspan="2">Nutzung</th><th rowspan="2">Gesamt</th></tr> <tr><th colspan="2"></th><th>regelmäßig (\(R\))</th><th>selten/nie (\(S\))</th></tr> <tr><td rowspan="2">Altersgruppe</td><td>unter \(30\) (\(A\))</td><td>\(900\)</td><td></td><td>\(1200\)</td></tr> <tr><td>ab \(30\) (\(B\))</td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td colspan="2">Gesamt</td><td>\(1300\)</td><td></td><td>\(2000\)</td></tr> </table> 1. Ergänze die fehlenden Häufigkeiten. 2. Bestimme die Zweigwahrscheinlichkeiten für ein Baumdiagramm mit „Altersgruppe“ auf der ersten Stufe. 3. Bestimme die Zweigwahrscheinlichkeiten für das umgekehrte Baumdiagramm mit „Nutzung“ auf der ersten Stufe.

Denkanstöße

- Nutze zuerst die Zeilen- und Spaltensummen, um die Tabelle vollständig zu machen. - Welche Randwahrscheinlichkeiten stehen jeweils an der ersten Stufe eines Baumdiagramms? - Beim Wechsel der ersten Stufe bleiben die vier gemeinsamen Pfadanteile dieselben; nur die Bezugsgruppen der zweiten Stufe ändern sich.

Lösung

1. Es gilt \(n(A\cap S)=1200-900=300\), \(n(B\cap R)=1300-900=400\), \(n(B)=2000-1200=800\), \(n(B\cap S)=800-400=400\) und \(n(S)=700\). 2. Für die Reihenfolge Altersgruppe → Nutzung erhält man \(P(A)=0{,}6\), \(P(B)=0{,}4\), \(P_A(R)=0{,}75\), \(P_A(S)=0{,}25\), \(P_B(R)=0{,}5\) und \(P_B(S)=0{,}5\). 3. Für die umgekehrte Reihenfolge Nutzung → Altersgruppe gilt \(P(R)=0{,}65\), \(P(S)=0{,}35\), \(P_R(A)=\frac{9}{13}\), \(P_R(B)=\frac{4}{13}\), \(P_S(A)=\frac{3}{7}\) und \(P_S(B)=\frac{4}{7}\).

Antwort

1. Fehlende Werte: \(n(A\cap S)=300\), \(n(B\cap R)=400\), \(n(B\cap S)=400\), \(n(B)=800\), \(n(S)=700\). 2. \(P(A)=0{,}6\), \(P(B)=0{,}4\), \(P_A(R)=0{,}75\), \(P_A(S)=0{,}25\), \(P_B(R)=0{,}5\), \(P_B(S)=0{,}5\). 3. \(P(R)=0{,}65\), \(P(S)=0{,}35\), \(P_R(A)=\frac{9}{13}\), \(P_R(B)=\frac{4}{13}\), \(P_S(A)=\frac{3}{7}\), \(P_S(B)=\frac{4}{7}\).
43095711
An einer Universität sind \(42\,\%\) der Studierenden in einem Masterstudiengang (\(M\)) eingeschrieben; die übrigen studieren in einem Bachelorstudiengang (\(B\)). In einem Modell nutzen \(15\,\%\) der Masterstudierenden und \(25\,\%\) der Bachelorstudierenden die Universitätsbibliothek täglich (\(L\)). 1. Eine Person, die die Bibliothek nicht täglich nutzt, wird zufällig ausgewählt. Bestimme \(P_{\bar{L}}(B)\). Runde den Prozentwert auf eine Dezimalstelle. 2. Eine Person aus dem Bachelorstudium wird zufällig ausgewählt. Bestimme \(P_B(\bar{L})\).

Denkanstöße

- Ergänze zuerst die Gegenwahrscheinlichkeiten zur täglichen Nutzung innerhalb beider Studiengruppen. - Für Frage 1 ist die Bezugsgruppe die Menge aller Personen ohne tägliche Bibliotheksnutzung. - Vergleiche die Bedingungsrichtung in Frage 1 mit der in Frage 2.

Lösung

1. Es gilt \(P(B)=1-0{,}42=0{,}58\), \(P_M(\bar{L})=0{,}85\) und \(P_B(\bar{L})=0{,}75\). 2. Die Gesamtwahrscheinlichkeit für keine tägliche Nutzung ist \(P(\bar{L})=0{,}42\cdot0{,}85+0{,}58\cdot0{,}75=0{,}792\). 3. Der Pfad \(B\cap\bar{L}\) hat die Wahrscheinlichkeit \(0{,}58\cdot0{,}75=0{,}435\). Innerhalb aller Personen ohne tägliche Nutzung gilt daher \(P_{\bar{L}}(B)=\frac{0{,}435}{0{,}792}=\frac{145}{264}\approx0{,}5492\), also gerundet \(54{,}9\,\%\). 4. Für die zweite Frage ist die Bedingungsrichtung bereits passend gegeben: \(P_B(\bar{L})=0{,}75\).

Antwort

1. \(P_{\bar{L}}(B)\approx54{,}9\,\%\) 2. \(P_B(\bar{L})=75\,\%\)
43744911
In einem Modell für eine Vorsorgeuntersuchung haben \(5\,\%\) der betrachteten Personen eine seltene Stoffwechselbesonderheit \(B\). Bei Vorliegen von \(B\) ist der Test mit Wahrscheinlichkeit \(95\,\%\) positiv (\(+\)); ohne \(B\) ist er mit Wahrscheinlichkeit \(10\,\%\) positiv. a) Ergänze im Baumdiagramm alle fehlenden Astwahrscheinlichkeiten und berechne die Wahrscheinlichkeiten der vier Pfadenden. b) Eine Person erhält ein positives Testergebnis. Bestimme \(P_+(B)\).
Abbildung zur Aufgabe 437449

Denkanstöße

- Ergänze zuerst an jeder Verzweigung die Gegenwahrscheinlichkeit. - Welche beiden Pfade führen zu einem positiven Testergebnis? - Für b) ist die Gruppe aller positiven Testergebnisse die neue Bezugsgruppe.

Lösung

1. Es gilt \(P(\bar{B})=0{,}95\), \(P_B(-)=0{,}05\) und \(P_{\bar{B}}(-)=0{,}90\). 2. Die vier Pfadwahrscheinlichkeiten sind \(P(B\cap +)=0{,}05\cdot0{,}95=0{,}0475\), \(P(B\cap -)=0{,}05\cdot0{,}05=0{,}0025\), \(P(\bar{B}\cap +)=0{,}95\cdot0{,}10=0{,}095\) und \(P(\bar{B}\cap -)=0{,}95\cdot0{,}90=0{,}855\). 3. Insgesamt ist \(P(+)=0{,}0475+0{,}095=0{,}1425\). 4. Innerhalb aller positiven Testergebnisse entfällt der Anteil \(0{,}0475\) auf Personen mit \(B\). Daher gilt \(P_+(B)=\frac{0{,}0475}{0{,}1425}=\frac{1}{3}\).

Antwort

a) Fehlende Astwahrscheinlichkeiten: \(P(\bar{B})=0{,}95\), \(P_B(-)=0{,}05\), \(P_{\bar{B}}(-)=0{,}90\). Pfadwahrscheinlichkeiten: \(0{,}0475\), \(0{,}0025\), \(0{,}095\), \(0{,}855\). b) \(P_+(B)=\frac{1}{3}\approx33{,}3\,\%\)
43747011
Das Baumdiagramm zeigt Modelldaten zum Hauptverkehrsmittel von Pendelnden (Bahn \(B\) oder Auto \(A\)) und zu ihrer Einschätzung der täglichen Fahrtdauer: zufrieden (\(Z\)), neutral (\(N\)) oder unzufrieden (\(U\)). Alle benötigten Wahrscheinlichkeiten stehen im Diagramm. a) Überführe die Daten in eine Tabelle mit zwei Zeilen für \(B\) und \(A\), drei Ergebnisspalten für \(Z\), \(N\) und \(U\) sowie den Randsummen. Trage die gemeinsamen Wahrscheinlichkeiten ein. b) Bestimme \(P_Z(B)\) und interpretiere das Ergebnis. Runde den Prozentwert auf eine Dezimalstelle. c) Bestimme \(P_U(A)\).
Abbildung zur Aufgabe 437470

Denkanstöße

- Die inneren Tabellenfelder entsprechen vollständigen Pfaden im Baumdiagramm. - Für eine Spaltensumme werden die gemeinsamen Wahrscheinlichkeiten mit derselben zweiten Ausprägung addiert. - Bei b) und c) legt jeweils die zweite Ausprägung die Bezugsgruppe fest.

Lösung

1. Die gemeinsamen Wahrscheinlichkeiten sind \(P(B\cap Z)=0{,}6\cdot0{,}5=0{,}30\), \(P(B\cap N)=0{,}18\), \(P(B\cap U)=0{,}12\), \(P(A\cap Z)=0{,}12\), \(P(A\cap N)=0{,}16\) und \(P(A\cap U)=0{,}12\). 2. Die Spaltensummen sind \(P(Z)=0{,}42\), \(P(N)=0{,}34\) und \(P(U)=0{,}24\). 3. Innerhalb der zufriedenen Personen ist \(P_Z(B)=\frac{0{,}30}{0{,}42}=\frac{5}{7}\approx0{,}7143\), also gerundet \(71{,}4\,\%\). Das ist der Bahnanteil unter den Zufriedenen. 4. Innerhalb der unzufriedenen Personen gilt \(P_U(A)=\frac{0{,}12}{0{,}24}=0{,}5\).

Antwort

a) <table><tr><th></th><th>\(Z\)</th><th>\(N\)</th><th>\(U\)</th><th>Summe</th></tr><tr><th>\(B\)</th><td>\(0{,}30\)</td><td>\(0{,}18\)</td><td>\(0{,}12\)</td><td>\(0{,}60\)</td></tr><tr><th>\(A\)</th><td>\(0{,}12\)</td><td>\(0{,}16\)</td><td>\(0{,}12\)</td><td>\(0{,}40\)</td></tr><tr><th>Summe</th><td>\(0{,}42\)</td><td>\(0{,}34\)</td><td>\(0{,}24\)</td><td>\(1\)</td></tr></table> b) \(P_Z(B)\approx71{,}4\,\%\); unter den Zufriedenen nutzen etwa \(71{,}4\,\%\) die Bahn. c) \(P_U(A)=50\,\%\)
43747311
Ein Unternehmen bezieht Akkus von zwei Herstellern. Das Ereignis \(A\) bedeutet „Akku von Hersteller 1“, das Ereignis \(B\) „Akku mit besonders hoher Kapazität“. Die beiden Baumdiagramme gehören zum selben Zufallsexperiment. a) Berechne \(P(B)\) mithilfe des linken Baumdiagramms. b) Ergänze alle fehlenden Astwahrscheinlichkeiten im rechten, umgekehrten Baumdiagramm.
Abbildung zur Aufgabe 437473

Denkanstöße

- Welche vollständigen Pfade führen im linken Baum zum Ereignis \(B\)? - Beim Umkehren ändern sich die gemeinsamen Pfadereignisse nicht; nur die Reihenfolge der Merkmale ändert sich. - Teile für einen Ast im umgekehrten Baum die passende Pfadwahrscheinlichkeit durch die Wahrscheinlichkeit des neuen ersten Astes.

Lösung

1. Die beiden Pfade zu \(B\) haben die Wahrscheinlichkeiten \(0{,}3\cdot0{,}6=0{,}18\) und \(0{,}7\cdot0{,}1=0{,}07\). Daher ist \(P(B)=0{,}25\). 2. Für die erste Stufe des umgekehrten Baums gilt damit \(P(B)=0{,}25\) und \(P(\bar{B})=0{,}75\). 3. Die Schnittwahrscheinlichkeiten bleiben beim Umkehren gleich. Deshalb ist \(P_B(A)=\frac{0{,}18}{0{,}25}=0{,}72\) und \(P_B(\bar{A})=0{,}28\). 4. Außerdem ist \(P(A\cap\bar{B})=0{,}3\cdot0{,}4=0{,}12\). Somit gilt \(P_{\bar{B}}(A)=\frac{0{,}12}{0{,}75}=0{,}16\) und \(P_{\bar{B}}(\bar{A})=0{,}84\).

Antwort

a) \(P(B)=0{,}25\) b) Erste Stufe: \(P(B)=0{,}25\), \(P(\bar{B})=0{,}75\). Nach \(B\): \(P_B(A)=0{,}72\), \(P_B(\bar{A})=0{,}28\). Nach \(\bar{B}\): \(P_{\bar{B}}(A)=0{,}16\), \(P_{\bar{B}}(\bar{A})=0{,}84\).
43747511
In einem Modell für die Qualitätskontrolle sind \(2\,\%\) der Mikrochips defekt (\(D\)). Ein Test zeigt bei einem defekten Chip mit Wahrscheinlichkeit \(95\,\%\) einen Defekt an (\(T\)). Bei einem einwandfreien Chip zeigt er mit Wahrscheinlichkeit \(2\,\%\) fälschlicherweise ebenfalls einen Defekt an. a) Vervollständige das Baumdiagramm. b) Bestimme \(P_T(D)\). Runde den Prozentwert auf eine Dezimalstelle. c) Bestimme den Anteil der einwandfreien Chips unter allen Chips mit Testanzeige \(T\). Erkläre, warum dieser Anteil trotz der hohen Erkennungswahrscheinlichkeit für defekte Chips so groß sein kann.
Abbildung zur Aufgabe 437475

Denkanstöße

- Ergänze zunächst die Gegenwahrscheinlichkeiten an den drei unvollständigen Verzweigungen. - Welche beiden Pfade führen zur Testanzeige \(T\)? - Für b) und c) besteht die Bezugsgruppe nur aus Chips mit der Anzeige \(T\). - Vergleiche für die Erklärung die Größe der beiden Ausgangsgruppen, nicht nur die Testquoten innerhalb der Gruppen.

Lösung

1. Es gilt \(P(\bar{D})=0{,}98\), \(P_D(\bar{T})=0{,}05\) und \(P_{\bar{D}}(\bar{T})=0{,}98\). 2. Für die Testanzeige \(T\) gilt \(P(T)=0{,}02\cdot0{,}95+0{,}98\cdot0{,}02=0{,}0386\). 3. Der Pfad \(D\cap T\) hat die Wahrscheinlichkeit \(0{,}019\). Damit ist \(P_T(D)=\frac{0{,}019}{0{,}0386}=\frac{95}{193}\approx0{,}4922\), also gerundet \(49{,}2\,\%\). 4. Der Anteil der einwandfreien Chips unter den angezeigten Defekten ist \(P_T(\bar{D})=1-P_T(D)=\frac{98}{193}\approx0{,}5078\), also etwa \(50{,}8\,\%\). 5. Obwohl ein einzelner einwandfreier Chip nur selten einen Fehlalarm erzeugt, gibt es im Modell sehr viel mehr einwandfreie als defekte Chips. Daher kann die absolute Zahl der Fehlalarme ähnlich groß oder größer als die Zahl der echten Treffer sein.

Antwort

a) \(P(\bar{D})=0{,}98\), \(P_D(\bar{T})=0{,}05\), \(P_{\bar{D}}(\bar{T})=0{,}98\) b) \(P_T(D)\approx49{,}2\,\%\) c) \(P_T(\bar{D})\approx50{,}8\,\%\). Die große Grundgruppe der einwandfreien Chips erzeugt trotz kleiner Fehlalarmwahrscheinlichkeit viele Fehlalarme.
43748611
In einem Modell für eine Qualitätskontrolle sind \(3\,\%\) der elektronischen Bauteile fehlerhaft (\(F\)). Bei einem fehlerhaften Bauteil ist der Test mit Wahrscheinlichkeit \(96\,\%\) positiv (\(T\)); bei einem einwandfreien Bauteil ist er mit Wahrscheinlichkeit \(2\,\%\) positiv. a) Ergänze die fehlenden Wahrscheinlichkeiten im Baumdiagramm. b) Berechne \(P(T)\). c) Bestimme \(P_T(F)\). Runde den Prozentwert auf eine Dezimalstelle. d) Gib die Astwahrscheinlichkeiten für das umgekehrte Baumdiagramm an, bei dem \(T\) beziehungsweise \(\bar{T}\) auf der ersten Stufe steht. Runde nicht endliche Dezimalwerte auf vier Nachkommastellen.
Abbildung zur Aufgabe 437486

Denkanstöße

- Ergänze zuerst die Gegenwahrscheinlichkeiten im gegebenen Baum. - Beim Umkehren bleiben die Wahrscheinlichkeiten der vier vollständigen Pfade dieselben. - Bestimme zuerst die Wahrscheinlichkeiten der neuen ersten Stufe. - Für einen Ast der zweiten Stufe im umgekehrten Baum setzt du die passende Pfadwahrscheinlichkeit ins Verhältnis zur neuen Bezugsgruppe.

Lösung

1. Im gegebenen Baum gilt \(P(\bar{F})=0{,}97\), \(P_F(\bar{T})=0{,}04\) und \(P_{\bar{F}}(\bar{T})=0{,}98\). 2. Die beiden positiven Pfade ergeben \(P(T)=0{,}03\cdot0{,}96+0{,}97\cdot0{,}02=0{,}0482\). Daher ist \(P(\bar{T})=0{,}9518\). 3. Der Pfad \(F\cap T\) hat die Wahrscheinlichkeit \(0{,}0288\). Somit gilt \(P_T(F)=\frac{0{,}0288}{0{,}0482}=\frac{144}{241}\approx0{,}5975\), also \(59{,}8\,\%\). 4. Für den umgekehrten Baum folgt nach \(T\): \(P_T(F)\approx0{,}5975\) und \(P_T(\bar{F})\approx0{,}4025\). 5. Für den Pfad \(F\cap\bar{T}\) gilt \(0{,}03\cdot0{,}04=0{,}0012\). Daher ist \(P_{\bar{T}}(F)=\frac{0{,}0012}{0{,}9518}\approx0{,}0013\) und \(P_{\bar{T}}(\bar{F})\approx0{,}9987\).

Antwort

a) \(P(\bar{F})=0{,}97\), \(P_F(\bar{T})=0{,}04\), \(P_{\bar{F}}(\bar{T})=0{,}98\) b) \(P(T)=0{,}0482\) c) \(P_T(F)\approx59{,}8\,\%\) d) Erste Stufe: \(P(T)=0{,}0482\), \(P(\bar{T})=0{,}9518\). Nach \(T\): \(P_T(F)\approx0{,}5975\), \(P_T(\bar{F})\approx0{,}4025\). Nach \(\bar{T}\): \(P_{\bar{T}}(F)\approx0{,}0013\), \(P_{\bar{T}}(\bar{F})\approx0{,}9987\).
43749011
Das linke Baumdiagramm zeigt Modelldaten zum Podcast-Konsum (\(P\)) und zur Nutzung eines kostenpflichtigen Musik-Streamingdienstes (\(S\)) bei Jugendlichen. Das rechte Diagramm zeigt dieselben Merkmale in umgekehrter Reihenfolge. a) Berechne \(P(S)\). b) Ergänze alle fehlenden Astwahrscheinlichkeiten im rechten Baumdiagramm. c) Vergleiche \(P_P(S)\) und \(P_S(P)\) und erläutere, warum beide Wahrscheinlichkeiten unterschiedliche Fragen beantworten.
Abbildung zur Aufgabe 437490

Denkanstöße

- Bestimme zuerst die vier Pfadwahrscheinlichkeiten im linken Baum. - Die neuen Wahrscheinlichkeiten der ersten Stufe entstehen durch das Addieren passender Pfade. - Im umgekehrten Baum bleibt jede gemeinsame Pfadwahrscheinlichkeit erhalten. - Achte beim Vergleich in c) auf die jeweils unterschiedliche Bezugsgruppe.

Lösung

1. Im linken Baum ergeben sich die Pfadwahrscheinlichkeiten \(P(P\cap S)=0{,}4\cdot0{,}7=0{,}28\), \(P(P\cap\bar{S})=0{,}12\), \(P(\bar{P}\cap S)=0{,}18\) und \(P(\bar{P}\cap\bar{S})=0{,}42\). 2. Daher ist \(P(S)=0{,}28+0{,}18=0{,}46\) und \(P(\bar{S})=0{,}54\). 3. Für den umgekehrten Baum gilt \(P_S(P)=\frac{0{,}28}{0{,}46}=\frac{14}{23}\approx0{,}609\) und \(P_S(\bar{P})=\frac{9}{23}\approx0{,}391\). 4. Entsprechend ist \(P_{\bar{S}}(P)=\frac{0{,}12}{0{,}54}=\frac{2}{9}\approx0{,}222\) und \(P_{\bar{S}}(\bar{P})=\frac{7}{9}\approx0{,}778\). 5. \(P_P(S)=0{,}7\) bezieht sich auf die Gruppe der Podcast-Hörenden; \(P_S(P)\approx0{,}609\) auf die Gruppe der Streaming-Nutzenden. Die Bezugsgruppen sind verschieden.

Antwort

a) \(P(S)=0{,}46\) b) Erste Stufe: \(P(S)=0{,}46\), \(P(\bar{S})=0{,}54\). Nach \(S\): \(P_S(P)=\frac{14}{23}\approx0{,}609\), \(P_S(\bar{P})=\frac{9}{23}\approx0{,}391\). Nach \(\bar{S}\): \(P_{\bar{S}}(P)=\frac{2}{9}\approx0{,}222\), \(P_{\bar{S}}(\bar{P})=\frac{7}{9}\approx0{,}778\). c) \(P_P(S)=0{,}7\) ist der Streaming-Anteil unter den Podcast-Hörenden; \(P_S(P)\approx0{,}609\) ist der Podcast-Anteil unter den Streaming-Nutzenden.
43749111
In einem Modell sind \(2\,\%\) einer Gruppe von einer Pollenallergie (\(A\)) betroffen. Ein Schnelltest ist bei Betroffenen mit Wahrscheinlichkeit \(0{,}95\) positiv (\(T\)); bei Personen ohne Allergie ist er mit Wahrscheinlichkeit \(0{,}03\) positiv. Bestimme \(P_T(A)\) und gib den Prozentwert auf eine Dezimalstelle gerundet an.

Denkanstöße

- Welche beiden Ausgangsgruppen können ein positives Testergebnis liefern? - Berechne die beiden gemeinsamen Anteile, bevor du die Bezugsgruppe der positiven Ergebnisse bildest. - Welcher Anteil aller positiven Ergebnisse gehört zugleich zur Allergiegruppe?

Lösung

1. Es gilt \(P(A\cap T)=0{,}02\cdot0{,}95=0{,}019\). 2. Für Personen ohne Allergie und positives Ergebnis gilt \(P(\bar A\cap T)=0{,}98\cdot0{,}03=0{,}0294\). 3. Somit ist \(P(T)=0{,}019+0{,}0294=0{,}0484\). 4. Daher ist \(P_T(A)=\frac{0{,}019}{0{,}0484}=\frac{95}{242}\approx0{,}3926\), also gerundet \(39{,}3\,\%\).

Antwort

\(P_T(A)=\frac{95}{242}\approx39{,}3\,\%\)
43756511
Das Baumdiagramm zeigt ein zweistufiges Zufallsexperiment mit den Ereignissen \(A\) und \(B\). Bestimme \(P_B(A)\) und \(P_{\bar{B}}(A)\).
Abbildung zur Aufgabe 437565

Denkanstöße

- Berechne zuerst die Wahrscheinlichkeiten der vier vollständigen Pfade im Diagramm. - Fasse anschließend die Pfade nach dem Ereignis der zweiten Stufe zusammen. - Bei der umgekehrten Bedingung ist die neue Bezugsgruppe jeweils \(B\) beziehungsweise \(\bar{B}\).

Lösung

1. Die vier Pfadwahrscheinlichkeiten sind \(P(A\cap B)=0{,}4\cdot0{,}75=0{,}30\), \(P(A\cap\bar{B})=0{,}4\cdot0{,}25=0{,}10\), \(P(\bar{A}\cap B)=0{,}6\cdot0{,}25=0{,}15\) und \(P(\bar{A}\cap\bar{B})=0{,}6\cdot0{,}75=0{,}45\). 2. Daraus folgt \(P(B)=0{,}30+0{,}15=0{,}45\). Somit ist \(P_B(A)=\frac{0{,}30}{0{,}45}=\frac{2}{3}\). 3. Außerdem ist \(P(\bar{B})=0{,}10+0{,}45=0{,}55\). Daher gilt \(P_{\bar{B}}(A)=\frac{0{,}10}{0{,}55}=\frac{2}{11}\).

Antwort

\(P_B(A)=\frac{2}{3}\); \(P_{\bar{B}}(A)=\frac{2}{11}\)
43758111
Das Baumdiagramm zeigt, welche Anteile der Bauteile von HavelTech (\(H\)), IsarParts (\(I\)) und ElbeComp (\(E\)) stammen und wie groß die jeweilige Fehlerwahrscheinlichkeit ist. Ein zufällig ausgewähltes Bauteil ist fehlerhaft (\(F\)). Bestimme \(P_F(E)\). Runde den Prozentwert auf eine Dezimalstelle.
Abbildung zur Aufgabe 437581

Denkanstöße

- Welche drei vollständigen Pfade führen zum Ereignis „fehlerhaft“? - Addiere diese Pfadwahrscheinlichkeiten, um die Größe der neuen Bezugsgruppe zu erhalten. - Vergleiche anschließend den Fehlerpfad von ElbeComp mit allen Fehlerpfaden zusammen.

Lösung

1. Die Fehlerpfade haben die Wahrscheinlichkeiten \(P(H\cap F)=0{,}5\cdot0{,}01=0{,}005\), \(P(I\cap F)=0{,}3\cdot0{,}03=0{,}009\) und \(P(E\cap F)=0{,}2\cdot0{,}05=0{,}010\). 2. Damit ist \(P(F)=0{,}005+0{,}009+0{,}010=0{,}024\). 3. Innerhalb aller fehlerhaften Bauteile gilt \(P_F(E)=\frac{0{,}010}{0{,}024}=\frac{5}{12}\approx0{,}4167\), also gerundet \(41{,}7\,\%\).

Antwort

\(P_F(E)=\frac{5}{12}\approx41{,}7\,\%\)
43758411
Im Baumdiagramm a) steht das Testergebnis \(+\) beziehungsweise \(-\) auf der ersten Stufe und das Ereignis \(D\) auf der zweiten. Rekonstruiere Baumdiagramm b), in dem \(D\) auf der ersten Stufe steht.
Abbildung zur Aufgabe 437584

Denkanstöße

- Beginne mit den vier vollständigen Pfadwahrscheinlichkeiten im gegebenen Baum. - Fasse diese Pfade anschließend nach \(D\) und \(\bar{D}\) zusammen. - Die vier Schnittwahrscheinlichkeiten müssen im umgekehrten Baum unverändert bleiben.

Lösung

1. Aus Baum a) ergeben sich die vier Pfadwahrscheinlichkeiten \(P(D\cap +)=0{,}2\cdot0{,}6=0{,}12\), \(P(\bar{D}\cap +)=0{,}2\cdot0{,}4=0{,}08\), \(P(D\cap -)=0{,}8\cdot0{,}1=0{,}08\) und \(P(\bar{D}\cap -)=0{,}8\cdot0{,}9=0{,}72\). 2. Für die neue erste Stufe gilt \(P(D)=0{,}12+0{,}08=0{,}20\) und \(P(\bar{D})=0{,}80\). 3. Im Ast nach \(D\) ist \(P_D(+)=\frac{0{,}12}{0{,}20}=0{,}6\) und \(P_D(-)=0{,}4\). 4. Im Ast nach \(\bar{D}\) ist \(P_{\bar{D}}(+)=\frac{0{,}08}{0{,}80}=0{,}1\) und \(P_{\bar{D}}(-)=0{,}9\).

Antwort

\(P(D)=0{,}2\), \(P(\bar{D})=0{,}8\), \(P_D(+)=0{,}6\), \(P_D(-)=0{,}4\), \(P_{\bar{D}}(+)=0{,}1\), \(P_{\bar{D}}(-)=0{,}9\)
55350611
Das linke Baumdiagramm zeigt ein Modell mit den Ereignissen \(U\) und \(A\). Das rechte Baumdiagramm zeigt dieselben beiden Merkmale in umgekehrter Reihenfolge. Mira behauptet: „Im linken Baum steht am Ast von \(U\) zu \(A\) die Zahl \(0{,}80\). Deshalb muss im rechten Baum am Ast von \(A\) zu \(U\) ebenfalls \(0{,}80\) stehen.“ Erkläre den Denkfehler. Bestimme anschließend \(P(A)\) und \(P_A(U)\) und gib an, welche Bezugsgruppe der Nenner bei \(P_A(U)\) beschreibt.
Abbildung zur Aufgabe 553506

Denkanstöße

- Vergleiche genau die Richtung der beiden bedingten Wahrscheinlichkeiten. - Welche gemeinsame Pfadwahrscheinlichkeit bleibt in beiden Baumreihenfolgen dieselbe? - Für die umgekehrte Bedingung musst du zuerst die Größe der neuen Bezugsgruppe bestimmen.

Lösung

1. Der Astwert \(0{,}80\) im linken Baum ist \(P_U(A)\). Er bezieht sich auf die Bezugsgruppe \(U\) und darf beim Umkehren nicht einfach übernommen werden. 2. Es gilt \(P(U\cap A)=0{,}30\cdot0{,}80=0{,}24\). 3. Der zweite Pfad zu \(A\) hat die Wahrscheinlichkeit \(0{,}70\cdot0{,}20=0{,}14\). Somit ist \(P(A)=0{,}24+0{,}14=0{,}38\). 4. Im umgekehrten Baum ist die Bezugsgruppe für \(P_A(U)\) die gesamte Gruppe \(A\). Daher gilt \(P_A(U)=\frac{0{,}24}{0{,}38}=\frac{12}{19}\approx0{,}632\).

Antwort

Miras Fehler ist die Verwechslung von \(P_U(A)\) mit \(P_A(U)\). Es gilt \(P(A)=0{,}38\) und \(P_A(U)=\frac{12}{19}\approx0{,}632\). Der Nenner bezieht sich auf die gesamte Bezugsgruppe \(A\).
42209511
In einem Lager stehen zwei Kisten mit LED-Leuchtmitteln. In Kiste 1 befinden sich \(10\) grüne, \(5\) rote und \(5\) blaue LEDs. In Kiste 2 liegen \(8\) grüne, \(10\) rote und \(2\) blaue LEDs. Eine der beiden Kisten wird zunächst mit gleicher Wahrscheinlichkeit ausgewählt. a) Aus der gewählten Kiste wird eine LED entnommen. Sie leuchtet rot. Bestimme die Wahrscheinlichkeit, dass sie aus Kiste 2 stammt. Runde den Prozentwert auf eine Dezimalstelle. b) Aus der gewählten Kiste werden stattdessen zwei LEDs ohne Zurücklegen entnommen. Beide leuchten blau. Bestimme die Wahrscheinlichkeit, dass die gewählte Kiste Kiste 1 war. Runde den Prozentwert auf eine Dezimalstelle. c) Begründe ohne Rechnung, wie sich die Wahrscheinlichkeit aus a) verändern würde, wenn Kiste 1 mit Wahrscheinlichkeit \(70\,\%\) statt \(50\,\%\) ausgewählt würde.

Denkanstöße

- Stelle dir für a) zuerst die Wahl der Kiste und danach die beobachtete Farbe als zweistufigen Baum vor. - Bei b) verändert die erste gezogene LED die Zusammensetzung derselben Kiste für den zweiten Zug. - Für die umgekehrte Wahrscheinlichkeit vergleichst du den passenden Pfad mit allen Pfaden, die zum beobachteten Ergebnis führen. - Überlege bei c), wie ein verändertes Vorwissen über die Kistenwahl die Herkunft eines später beobachteten Ergebnisses beeinflusst.

Lösung

1. Für eine rote LED gilt \(P_{K_1}(R)=\frac{5}{20}=0{,}25\) und \(P_{K_2}(R)=\frac{10}{20}=0{,}5\). 2. Insgesamt ist \(P(R)=0{,}5\cdot0{,}25+0{,}5\cdot0{,}5=0{,}375\). Der rote Pfad über Kiste 2 hat die Wahrscheinlichkeit \(0{,}5\cdot0{,}5=0{,}25\). Daher ist \(P_R(K_2)=\frac{0{,}25}{0{,}375}=\frac{2}{3}\approx66{,}7\,\%\). 3. Bezeichne das Ereignis „zwei blaue LEDs“ mit \(Z\). Dann gilt \(P_{K_1}(Z)=\frac{5}{20}\cdot\frac{4}{19}=\frac{1}{19}\) und \(P_{K_2}(Z)=\frac{2}{20}\cdot\frac{1}{19}=\frac{1}{190}\). 4. Insgesamt ist \(P(Z)=0{,}5\cdot\frac{1}{19}+0{,}5\cdot\frac{1}{190}=\frac{11}{380}\). Der entsprechende Pfad über Kiste 1 hat die Wahrscheinlichkeit \(\frac{1}{38}\). Somit ist \(P_Z(K_1)=\frac{1/38}{11/380}=\frac{10}{11}\approx90{,}9\,\%\). 5. Wird Kiste 1 schon vor der Beobachtung häufiger gewählt, wird Kiste 2 als mögliche Herkunft einer roten LED weniger wahrscheinlich. Das rote Ergebnis spricht weiterhin eher für Kiste 2 als Kiste 1, gleicht den stärkeren Ausgangsvorteil von Kiste 1 aber weniger aus; \(P_R(K_2)\) sinkt.

Antwort

a) \(P_R(K_2)=\frac{2}{3}\approx66{,}7\,\%\) b) \(P_Z(K_1)=\frac{10}{11}\approx90{,}9\,\%\) c) Die Wahrscheinlichkeit aus a) sinkt.
43096811
Eine Münze ist entweder fair (\(F\), Kopf-Wahrscheinlichkeit \(0{,}5\)) oder gezinkt (\(G\), Kopf-Wahrscheinlichkeit \(0{,}8\)). Zu Beginn werden beide Möglichkeiten als gleich wahrscheinlich angenommen. Die Münze wird dreimal geworfen; die Folge lautet Kopf, Kopf, Zahl. Bestimme nach jedem Wurf die Wahrscheinlichkeit dafür, dass die Münze gezinkt ist. Erkläre anschließend, wie der dritte Wurf die Einschätzung gegenüber dem Stand nach zwei Würfen verändert.

Denkanstöße

- Nach jeder Beobachtung wird die gerade erhaltene Verteilung zum Ausgangspunkt für den nächsten Wurf. - Vergleiche jeweils, wie wahrscheinlich das beobachtete Ergebnis unter den beiden Münzmodellen ist. - Beim dritten Wurf ist entscheidend, welches Münzmodell „Zahl“ stärker unterstützt.

Lösung

1. Vor dem ersten Wurf gilt \(P(F)=P(G)=0{,}5\). Für Kopf ist \(P_F(K)=0{,}5\) und \(P_G(K)=0{,}8\). 2. Nach dem ersten Kopf entfallen von der gesamten Kopf-Wahrscheinlichkeit \(0{,}5\cdot0{,}5+0{,}5\cdot0{,}8=0{,}65\) genau \(0{,}5\cdot0{,}8=0{,}4\) auf \(G\). Damit beträgt die Wahrscheinlichkeit für \(G\) \(\frac{0{,}4}{0{,}65}=\frac{8}{13}\). 3. Diese Verteilung bildet das Vorwissen vor dem zweiten Wurf. Nach einem weiteren Kopf beträgt der Anteil von \(G\) \(\frac{(8/13)\cdot0{,}8}{(8/13)\cdot0{,}8+(5/13)\cdot0{,}5}=\frac{64}{89}\). 4. Vor dem dritten Wurf sind die Hypothesen daher mit \(\frac{64}{89}\) für \(G\) und \(\frac{25}{89}\) für \(F\) gewichtet. Für Zahl gilt \(P_G(Z)=0{,}2\) und \(P_F(Z)=0{,}5\). Nach der beobachteten Zahl ergibt sich \(\frac{(64/89)\cdot0{,}2}{(64/89)\cdot0{,}2+(25/89)\cdot0{,}5}=\frac{128}{253}\). 5. Zwei Köpfe sprechen stärker für die gezinkte Münze. Die anschließende Zahl ist dagegen bei der fairen Münze wahrscheinlicher und senkt deshalb die Einschätzung für \(G\) wieder deutlich.

Antwort

Nach dem 1. Wurf: \(\frac{8}{13}\approx61{,}5\,\%\) Nach dem 2. Wurf: \(\frac{64}{89}\approx71{,}9\,\%\) Nach dem 3. Wurf: \(\frac{128}{253}\approx50{,}6\,\%\) Der dritte Wurf senkt die Einschätzung für die gezinkte Münze deutlich, weil „Zahl“ unter \(F\) wahrscheinlicher ist als unter \(G\).

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