muenzwurf
probability
1 Aufgabe
Fünf Studierende unterhalten sich, wie man einen dreifachen Münzwurf mit dem Ergebnis von §X=3$ Treffern verstehen kann. Welche Aussage ist richtig bzw. passt am besten?
- Wirft man die Münze drei Mal, so gibt es 4 verschiedene Ergebnisse (0 bis 3 Treffer), die alle gleich wahrscheinlich sind. Aber nur ein Ergebnis ist gesucht, nämlich 3 von 3 Treffern. Also ist die Wahrscheinlichkeit 1/4, 25 %.
- Man kann einfach einen Computer fragen, z. B. R mit
dbinom(x = 3, size = 3, prob = 1/2), da kommt ungefähr 10 % raus. - Wirft man die Münze drei Mal, so gibt es 8 Ergebnisse, die alle gleich wahrscheinlich sind. Aber nur ein Ergebnis ist gesucht, nämlich 3 von 3 Treffern. Also ist die Wahrscheinlichkeit 1/8, ca. 12,5 %.
- Einfach die Zahlen in die Formel eintragen: \(\left(\frac{1}{2}\right)^3 = \left(\frac{1}{2^3}\right) = \left(\frac{1}{8}\right)\)
- Wirft man die Münze drei Mal, so sind die Würfe nicht wirklich unabhängig: Nach zwei Treffern in Folge wird ein dritter Treffer unwahrscheinlicher, weil sich die Serie “ausgleichen” muss. Deshalb ist die Wahrscheinlichkeit für drei Treffer in Folge kleiner als \((1/2)^3\), nämlich nur ca. 6 %.
Hinweise:
- Gehen Sie von einer fairen Münze aus und von Unabhängigkeit der Würfe.
- Beachten Sie die üblichen Hinweise des Datenwerks.
2 Lösung
Richtig ist C). Bei drei Würfen gibt es \(2^3 = 8\) gleich wahrscheinliche Ergebnisse (KKK, KKZ, KZK, …, ZZZ), von denen genau eines (KKK) drei Treffer liefert. Also ist \(P(X=3) = 1/8 = 12{,}5,%\).
Warum die übrigen Aussagen nicht tragen:
- verwechselt die Anzahl der möglichen Trefferzahlen (0 bis 3, also 4 Werte) mit der Anzahl der gleich wahrscheinlichen Elementarereignisse (8). Die vier Trefferzahlen sind wegen der Binomialverteilung nicht gleich wahrscheinlich, daher ist \(1/4\) falsch.
- wählt zwar den richtigen R-Befehl, gibt das Ergebnis aber ungenau wieder: dbinom(x = 3, size = 3, prob = 1/2) liefert exakt \(1/8 = 12{,}5,%\), nicht nur “ungefähr 10 %”.
- rechnet zwar korrekt (\(1/8\)), erklärt aber nicht, warum diese Rechnung die gesuchte Wahrscheinlichkeit ist: Es fehlt der Bezug zur Unabhängigkeit der Würfe (Multiplikationssatz \(P(A\cap B\cap C)=P(A)\cdot P(B)\cdot P(C)\)) sowie die Erkenntnis, dass für genau 3 Treffer der Binomialkoeffizient \(\binom{3}{3}=1\) wegfällt. Bei einer anderen Trefferzahl (z. B. 2 von 3) würde die bloße Formel \(p^k\) ohne Binomialkoeffizient ein falsches Ergebnis liefern.
- verletzt die im Aufgabentext ausdrücklich vorausgesetzte Unabhängigkeit der Würfe: Das ist der klassische Spielerfehlschluss (Gambler’s Fallacy). Da die Münze kein “Gedächtnis” hat, bleibt die Wahrscheinlichkeit für Kopf bei jedem Wurf konstant \(1/2\), unabhängig vom Ausgang der vorherigen Würfe.