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Mathematik

Mathematik

Erwartungswert

Lohnt sich ein Spiel auf lange Sicht? Eine einzige Zahl beantwortet das, und Versicherungen leben davon.

Auf dem Jahrmarkt kostet ein Los 2 €. Bei jedem zwanzigsten Los gibt es 30 € zurück, sonst nichts. Lohnt sich das? Ein einzelnes Los sagt darüber nichts aus, denn entweder gewinnst du oder nicht. Interessant wird es erst über viele Lose hinweg, und für diesen Blick gibt es eine Kennzahl: den Erwartungswert.

Ein gewichteter Mittelwert

Beim gewöhnlichen zählt jeder Wert gleich viel. Beim Erwartungswert zählt jeder Wert so viel, wie er wahrscheinlich ist. Du multiplizierst also jeden möglichen Ausgang mit seiner Wahrscheinlichkeit und addierst alles. Genau deshalb heißt er auch gewichteter Mittelwert: Seltene Ausgänge ziehen wenig, häufige ziehen viel.

E=x1p1+x2p2++xnpnE = x_1 \cdot p_1 + x_2 \cdot p_2 + \dots + x_n \cdot p_n
Jeder mögliche Wert mal seine Wahrscheinlichkeit, alles zusammengezählt.

Zurück zum Los. Mit der Wahrscheinlichkeit 120\frac{1}{20} bekommst du 30 €, mit 1920\frac{19}{20} bekommst du 0 €. Der Erwartungswert der Auszahlung ist 30120+01920=1,5030 \cdot \frac{1}{20} + 0 \cdot \frac{19}{20} = 1{,}50 €. Du zahlst aber 2 €, also verlierst du im Schnitt 50 Cent pro Los. Über 100 Lose sind das 50 €, und genau davon lebt der Losstand.

Faire Spiele

Ein Spiel heißt fair, wenn der Erwartungswert des Gewinns genau 0 ist. Dann gleichen sich Einsatz und Auszahlung auf lange Sicht aus, niemand hat einen Vorteil. Bei unserem Los ist der Erwartungswert des Gewinns 1,502=0,501{,}50 - 2 = -0{,}50 €, das Spiel ist also nicht fair. Damit es fair wäre, dürfte das Los höchstens 1,50 € kosten oder der Gewinn müsste 40 € betragen.

Murmelbeutel
Blau3
Gelb5
P(Blau) = 3/8 = 37,5%
Stell 2 blaue und 8 gelbe Murmeln ein, der Beutel zeigt P(Blau) = 20 %. Denk dir ein Spiel dazu: Blau zahlt 5 €, Gelb zahlt nichts. Der Erwartungswert ist dann 50,2=15 \cdot 0{,}2 = 1 €, und genau 1 € wäre ein fairer Einsatz. Schieb auf 5 blaue und 5 gelbe: Aus 20 % werden 50 %, der Erwartungswert steigt auf 2,50 €, und ein fairer Einsatz wäre jetzt 2,50 €.

Wozu das im Ernst gut ist

Erwartungswerte sind die Grundlage jeder Versicherung. Wenn ein Schaden von 5000 € mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,2 % eintritt, ist der Erwartungswert des Schadens 50000,002=105000 \cdot 0{,}002 = 10 €. Genau so wird der Beitrag kalkuliert, plus Verwaltung und Gewinn. Für den einzelnen Versicherten ist das rechnerisch ein Verlustgeschäft, und trotzdem sinnvoll: Man tauscht ein kleines sicheres Minus gegen die Absicherung vor einem seltenen, aber ruinösen Schaden.

Aufgaben

0 von 6 gelöst

Zeit zum Ausprobieren. Du kannst nichts kaputt machen, jeder Versuch zählt.

Wie berechnest du einen Erwartungswert?

Ein Spiel zahlt mit Wahrscheinlichkeit 0,25 genau 8 € aus, sonst 0 €. Wie groß ist der Erwartungswert der Auszahlung in Euro?

Beim Würfeln mit einem fairen Würfel: Wie groß ist der Erwartungswert der geworfenen Augenzahl?

Ein Spiel ist fair, wenn der Erwartungswert des Gewinns ist.

Ein Los kostet 3 €. Mit Wahrscheinlichkeit 0,1 gewinnt man 20 €, sonst nichts. Wie groß ist der Erwartungswert des Gewinns in Euro?

Ordne jedem Erwartungswert des Gewinns die passende Beurteilung zu.

E=0E = 0
E=0,80E = -0{,}80
E=+1,20E = +1{,}20

Damit geht es weiter