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Gymnasium 7 · Mathematik
Terme, rationale Zahlen, zusammengesetzte Figuren und Winkelsätze · Laplace-Experimente und Simulation

Laplace-Experimente abgrenzen

Auf dem Kölner Weihnachtsmarkt gibt es ein Glücksrad: Rot, Blau und Gelb. Lea sagt: „Drei Farben, also gewinnt jede Farbe mit der Wahrscheinlichkeit $\frac{1}{3}$.“ Stimmt das immer? Wann darfst du einfach „günstige : mögliche“ rechnen – und wann nicht?

Wann ist ein Experiment ein Laplace-Experiment?

Bei einem Würfel ist jede Augenzahl gleich wahrscheinlich. Bei einer Reißzwecke ist das nicht so: Sie landet viel öfter mit der Spitze seitlich als mit der Spitze nach oben.

Wichtig: Es kommt auf die Wahl der Ergebnisse an. Dasselbe Experiment kann mit einem Ergebnisraum ein Laplace-Experiment sein und mit einem anderen nicht.

Zwei Glücksräder: links acht gleich große Sektoren, rechts drei verschieden große Sektoren gleich große Sektoren verschieden große Sektoren
Üben★☆☆Nicht begonnen
Entscheide, ob es sich um ein Laplace-Experiment handelt, und begründe kurz: a) Werfen eines fairen sechsseitigen Würfels b) Werfen einer Reißzwecke (Lage: Spitze oben…

Entscheide, ob es sich um ein Laplace-Experiment handelt, und begründe kurz:

  1. a) Werfen eines fairen sechsseitigen Würfels
  1. b) Werfen einer Reißzwecke (Lage: Spitze oben oder seitlich)
  1. c) Ziehen einer Kugel aus einer Urne mit $5$ gleichen roten und $5$ gleichen blauen Kugeln, Ergebnis: Farbe
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Üben★☆☆Nicht begonnen
Ein Glücksrad hat $8$ gleich große Sektoren, nummeriert von $1$ bis $8$. a) Gib die Wahrscheinlichkeit für jede Zahl an. b) Berechne die Wahrscheinlichkeit für „gerade…

Ein Glücksrad hat $8$ gleich große Sektoren, nummeriert von $1$ bis $8$.

  1. a) Gib die Wahrscheinlichkeit für jede Zahl an.
  1. b) Berechne die Wahrscheinlichkeit für „gerade Zahl“.
  1. c) Berechne die Wahrscheinlichkeit für „Zahl größer als $5$“.
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Üben★☆☆Nicht begonnen
Eine Urne enthält $3$ rote, $2$ blaue und $5$ grüne Kugeln. Eine Kugel wird gezogen. a) Gib die Wahrscheinlichkeit für jede Farbe an. b) Ist das Experiment mit den…

Eine Urne enthält $3$ rote, $2$ blaue und $5$ grüne Kugeln. Eine Kugel wird gezogen.

  1. a) Gib die Wahrscheinlichkeit für jede Farbe an.
  1. b) Ist das Experiment mit den Ergebnissen „rot“, „blau“, „grün“ ein Laplace-Experiment? Begründe.
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Den passenden Ergebnisraum wählen

Oft kannst du ein Nicht-Laplace-Experiment in ein Laplace-Experiment verwandeln, indem du feiner zählst.

Ein Glücksrad mit Rot ($180°$), Blau ($120°$), Gelb ($60°$): Teile es in $6$ gleich große Sektoren zu je $60°$. Dann sind $3$ Sektoren rot, $2$ blau, $1$ gelb. Jeder Sektor hat die Wahrscheinlichkeit $\frac16$, also $P(\text{rot})=\frac36=\frac12$, $P(\text{blau})=\frac26=\frac13$, $P(\text{gelb})=\frac16$.

Bei zwei Münzen ist „zweimal Wappen, zweimal Zahl, einmal jeweils“ falsch als Laplace-Raum. Unterscheide die Münzen:

$$\Omega=\{WW;\ WZ;\ ZW;\ ZZ\}$$

Jedes Ergebnis hat $P=\frac14$. Das Ereignis „einmal Wappen, einmal Zahl“ besteht aus $WZ$ und $ZW$, also $P=\frac24=\frac12$.

Bei zwei Würfeln sind die Augensummen $2$ bis $12$ nicht gleich wahrscheinlich. Gleich wahrscheinlich sind die $36$ Paare:

1. \ 2. 1 2 3 4 5 6
1 2 3 4 5 6 7
2 3 4 5 6 7 8
3 4 5 6 7 8 9
4 5 6 7 8 9 10
5 6 7 8 9 10 11
6 7 8 9 10 11 12

Die Summe $7$ kommt $6$-mal vor, die Summe $2$ nur $1$-mal: $P(7)=\frac{6}{36}=\frac16$, $P(2)=\frac1{36}$.

Üben★★☆Nicht begonnen
Zwei faire Würfel werden geworfen, es wird die Augensumme betrachtet. a) Begründe, dass die Augensummen $2$ bis $12$ nicht alle gleich wahrscheinlich sind. b) Gib die…

Zwei faire Würfel werden geworfen, es wird die Augensumme betrachtet.

  1. a) Begründe, dass die Augensummen $2$ bis $12$ nicht alle gleich wahrscheinlich sind.
  1. b) Gib die Anzahl der Möglichkeiten für die Summen $2$, $7$ und $12$ an.
  1. c) Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit für die Summe $7$?
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Üben★★☆Nicht begonnen
Ein Glücksrad hat drei Sektoren: Rot (Mittelpunktswinkel $180°$), Blau ($120°$) und Gelb ($60°$). a) Begründe, dass dies kein Laplace-Experiment mit den drei Farben als…

Ein Glücksrad hat drei Sektoren: Rot (Mittelpunktswinkel $180°$), Blau ($120°$) und Gelb ($60°$).

  1. a) Begründe, dass dies kein Laplace-Experiment mit den drei Farben als Ergebnissen ist.
  1. b) Gib die Wahrscheinlichkeiten der drei Farben an.
  1. c) Wie könntest du das Glücksrad in gleich große Sektoren einteilen, sodass ein Laplace-Experiment entsteht? Gib die Anzahl der Sektoren und ihre Verteilung auf die Farben an.
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Üben★★☆Nicht begonnen
In einer Klasse aus Siegen mit $30$ Kindern wird eine Person zufällig ausgelost. $18$ Kinder sind Mädchen, $12$ sind Jungen. a) Ist das Experiment mit den Ergebnissen…

In einer Klasse aus Siegen mit $30$ Kindern wird eine Person zufällig ausgelost. $18$ Kinder sind Mädchen, $12$ sind Jungen.

  1. a) Ist das Experiment mit den Ergebnissen „Mädchen“ und „Junge“ ein Laplace-Experiment? Begründe.
  1. b) Ist das Experiment mit den Ergebnissen „Kind Nr. 1“ bis „Kind Nr. 30“ ein Laplace-Experiment? Begründe.
  1. c) Berechne die Wahrscheinlichkeit, dass ein Junge ausgelost wird.
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Üben★★★Nicht begonnen
Anna und Ben spielen: Zwei faire Münzen werden geworfen. Anna sagt: „Es gibt drei Ergebnisse: zweimal Wappen, zweimal Zahl, einmal jeweils. Also ist jedes mit…

Anna und Ben spielen: Zwei faire Münzen werden geworfen. Anna sagt: „Es gibt drei Ergebnisse: zweimal Wappen, zweimal Zahl, einmal jeweils. Also ist jedes mit Wahrscheinlichkeit $\frac{1}{3}$.“

  1. a) Beschreibe den Fehler in Annas Überlegung.
  1. b) Gib einen Ergebnisraum an, in dem alle Ergebnisse gleich wahrscheinlich sind, und bestimme die richtigen Wahrscheinlichkeiten.
  1. c) Ben wirft die beiden Münzen $12$-mal. Wie oft erwartest du „einmal Wappen, einmal Zahl“?
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Wenn Laplace nicht geht: relative Häufigkeiten

Bei einer Reißzwecke oder einer geworfenen Streichholzschachtel kannst du die Wahrscheinlichkeit nicht berechnen. Du musst experimentieren. Die relative Häufigkeit $h_n(E)=\frac{\text{absolute Häufigkeit}}{n}$ einer langen Versuchsreihe ist dann eine Schätzung für $P(E)$.

Nach dem empirischen Gesetz der großen Zahlen schwankt $h_n(E)$ bei wachsendem $n$ immer weniger um einen festen Wert. Dieser Wert ist die Wahrscheinlichkeit.

Üben★★★Nicht begonnen
Eine Streichholzschachtel wird geworfen und kann auf drei Arten landen: auf der breiten Seite, auf der schmalen Seite oder auf der Stirnseite. Bei $200$ Würfen ergibt…

Eine Streichholzschachtel wird geworfen und kann auf drei Arten landen: auf der breiten Seite, auf der schmalen Seite oder auf der Stirnseite. Bei $200$ Würfen ergibt sich: breit $132$-mal, schmal $58$-mal, Stirn $10$-mal.

  1. a) Berechne die relativen Häufigkeiten.
  1. b) Begründe, warum hier kein Laplace-Ansatz möglich ist, und gib eine Schätzung für die Wahrscheinlichkeit an, dass die Schachtel nicht auf der breiten Seite landet.
  1. c) Nach $2.000$ Würfen schwankt die relative Häufigkeit für „breit“ nur noch wenig um $0,65$. Erkläre, was das über die Wahrscheinlichkeit aussagt.
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Simulation

Eine Simulation bildet ein Zufallsexperiment mit einem einfacheren nach. Wichtig: Beide müssen dieselben Wahrscheinlichkeiten haben.

Üben★★★Nicht begonnen
Du sollst das Werfen von zwei fairen Würfeln mit einer Simulation ohne Würfel nachbilden. Zur Verfügung stehen eine Urne mit Zetteln und ein Glücksrad mit $6$ gleichen…

Du sollst das Werfen von zwei fairen Würfeln mit einer Simulation ohne Würfel nachbilden. Zur Verfügung stehen eine Urne mit Zetteln und ein Glücksrad mit $6$ gleichen Sektoren.

  1. a) Beschreibe eine Simulation für „Augensumme mindestens $10$“ mit dem Glücksrad. Gib an, was ein Durchgang ist.
  1. b) Bei $60$ Durchgängen trat das Ereignis $9$-mal ein. Berechne die relative Häufigkeit und vergleiche sie mit der theoretischen Wahrscheinlichkeit.
  1. c) Begründe, warum man eine Simulation mit nur $60$ Durchgängen nicht für eine genaue Bestimmung der Wahrscheinlichkeit verwenden sollte, und nenne eine Maßnahme zur Verbesserung.
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Zurück zum Anfang: Lea hat nur recht, wenn die drei Farben gleich große Sektoren haben. Sonst zählst du feiner (gleich große Teile) oder schätzt mit relativen Häufigkeiten.

Auf einen Blick

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