Das Ziegenproblem

The Monty Hall problem

Mathematik Klasse 10 17 Aufgaben
WahrscheinlichkeitSimulationZiegenproblem

Hinter einer von drei Türen steht ein Auto, hinter den anderen Ziegen. Nach deiner Wahl öffnet der Moderator, der es weiß, eine Ziegentür: Bleiben oder Wechseln? Die Simulation zeigt, dass Wechseln in etwa zwei von drei Spielen gewinnt; der Baum erklärt es: Nur wenn das Auto hinter der eigenen Tür steht (1/3), gewinnt Bleiben. Räumt aus, dass nach dem Öffnen beide Türen je 1/2 haben und dass der Moderator zufällig öffnet. Bereitet die bedingte Wahrscheinlichkeit in Jgst. 11 vor.

Bleiben oder wechseln

Hinter einer von drei Türen steht ein Auto, hinter den anderen beiden je eine Ziege. Du wählst eine Tür. Der Moderator, der weiß, wo das Auto steht, öffnet eine der beiden anderen Türen mit einer Ziege. Bleibst du oder wechselst du zur anderen geschlossenen Tür? Er öffnet nie die Autotür und nie deine Tür. Viele denken: zwei Türen, also je 1/2. Wir spielen das Spiel 400-mal nach: Auto und Wahl zufällig, dann zählen wir, ob Bleiben oder Wechseln gewonnen hätte.

Erhöhe die Zahl der Spiele. Bei welchem Wert pendeln sich Bleiben und Wechseln ein?

Der Baum erklärt es

Du wählst Tür 1. Steht das Auto dort (1/3), öffnet der Moderator Tür 2 oder 3, je mit 1/2. Steht es hinter Tür 2 oder 3 (je 1/3), muss er die andere Ziegentür öffnen, der Ast trägt 1. Er öffnet also nicht zufällig, sondern mit Wissen. Bleiben gewinnt nur im ersten Fall: 1/3. Wechseln gewinnt in den beiden anderen: . Bei 100 Türen und 98 geöffneten Ziegentüren gewinnt Wechseln sogar mit 99/100. Simulation und Baum liefern dasselbe Ergebnis, ein gutes Zeichen für beide Modelle.

Baumdiagramm, 2 Stufen, 4 Pfade: 1 (1/3) → [2 (1/2), 3 (1/2)], 2 (1/3) → [3 (1)], 3 (1/3) → [2 (1)]Auto hinter Moderator öffnet 1/3 1/3 1/3 1/2 1/2 1 1 Start 1 2 3 2 3 3 2 1/6 1/6 1/3 1/3
Spieler wählt Tür 1. Grün: Wechseln gewinnt (zwei Pfade, zusammen 2/3). Rosa: Bleiben gewinnt (zwei Pfade, zusammen 1/3).
Leicht
Multiple Choice #1 30s ▶ Testen

Das Diagramm zeigt zwei Strategien beim Ziegenproblem, simuliert über viele Spiele (relative Häufigkeit der Gewinne). Welche Strategie gewinnt in etwa 2 von 3 Spielen?

  • ● Wechseln (Serie A)
  • ○ Bleiben (Serie B)
  • ○ beide gleich oft
Die Serie um 0,65 gehört zum Wechseln, die um 0,35 zum Bleiben. Die Werte sind Näherungen: 0,65 ≈ 2/3 und 0,35 ≈ 1/3.
Wahr / Falsch #2 25s ▶ Testen

Nachdem der Moderator eine Ziegentür geöffnet hat, sind die beiden geschlossenen Türen gleich wahrscheinlich, jede hat die Wahrscheinlichkeit 1/2.

✓ Falsch
Die zuerst gewählte Tür behält ihre Wahrscheinlichkeit 1/3, denn der Moderator öffnet nie die Autotür. Die andere geschlossene Tür hat deshalb 2/3.
Multiple Choice #3 30s ▶ Testen

Der Spieler wählt Tür 1. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit des Pfades „Auto hinter Tür 1, Moderator öffnet Tür 3“?

  • ● 1/6
  • ○ 1/3
  • ○ 1/2
Entlang des Pfades wird multipliziert: 1/3 · 1/2 = 1/6. Die 1/3 wäre nur der erste Ast, die 1/2 nur der zweite.
Wahr / Falsch #4 25s ▶ Testen

Steht das Auto hinter Tür 2 und der Spieler hat Tür 1 gewählt, öffnet der Moderator mit der Wahrscheinlichkeit 1/2 die Tür 3.

✓ Falsch
Tür 1 ist gewählt, Tür 2 verbirgt das Auto – also bleibt für den Moderator nur Tür 3 mit einer Ziege. Er öffnet Tür 3 mit der Wahrscheinlichkeit 1, nicht 1/2; die 1/2 gehört zum Fall „Auto hinter Tür 1“.
Multiple Choice #5 45s ▶ Testen

Was ändert sich beim Ziegenproblem, wenn der Moderator nicht weiß, wo das Auto ist, zufällig eine der beiden anderen Türen öffnet und dabei zufällig eine Ziege zeigt?

  • ● Bleiben und Wechseln gewinnen dann gleich oft, jeweils mit 1/2.
  • ○ Wechseln gewinnt weiterhin mit 2/3.
  • ○ Bleiben gewinnt jetzt mit 2/3.
Öffnet er zufällig, zeigt er in manchen Spielen das Auto. Zählt man nur die Spiele mit gezeigter Ziege, verrät seine Wahl nichts mehr: Bleiben und Wechseln gewinnen dann je 1/3 aller Spiele, also je 1/2 der gezählten Spiele.
Wahr / Falsch #6 20s ▶ Testen

Im Ziegenproblem öffnet der Moderator nie die Tür, hinter der das Auto steht.

✓ Wahr
Er weiß, wo das Auto steht, und öffnet nie diese Tür. Wenn nur eine Ziegentür übrig ist, bleibt ihm keine Wahl.
Multiple Choice #7 35s ▶ Testen

Bei 100 Türen wählt der Spieler eine Tür, der Moderator öffnet 98 Ziegentüren. Wie wahrscheinlich gewinnt man beim Wechseln zur einzigen anderen geschlossenen Tür?

  • ● 99/100
  • ○ 1/2
  • ○ 98/100
Die erste Wahl gewinnt nur mit 1/100. In 99 von 100 Fällen steht das Auto hinter einer anderen Tür, und der Moderator lässt genau diese übrig. Die 1/2 wäre der Fehler „zwei Türen, also halbe-halbe“.
Wahr / Falsch #8 25s ▶ Testen

Bei 100 Türen behält die zuerst gewählte Tür auch nach dem Öffnen von 98 Ziegentüren nur die Wahrscheinlichkeit 1/100.

✓ Wahr
Der Moderator öffnet nie die Autotür, daran ändert sich für die gewählte Tür nichts: 1/100. Die andere geschlossene Tür erbt die übrigen 99/100; „zwei Türen“ heißt nicht „gleich wahrscheinlich“.
Mittel
Zahleneingabe #1 30s ▶ Testen

In einer Simulation mit 300 Spielen gewinnt die Strategie „Wechseln“ 205-mal. Wie groß ist die relative Häufigkeit? Gib sie auf drei Nachkommastellen gerundet an.

✓ Antwort: 0.683
205 : 300 = 0,6833…, gerundet 0,683; das liegt in der Nähe von 2/3.
Zahleneingabe #2 30s ▶ Testen

Im Baum gewinnt Wechseln bei den Pfaden „Auto hinter 2“ (1/3 · 1) und „Auto hinter 3“ (1/3 · 1). Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, beim Wechseln zu gewinnen? Gib sie auf drei Nachkommastellen gerundet an.

✓ Antwort: 0.667
Über die Pfade wird addiert: 1/3 + 1/3 = 2/3 ≈ 0,667.
Zahleneingabe #3 20s ▶ Testen

Steht das Auto hinter der vom Spieler gewählten Tür, hat der Moderator wie viele Türen zur Wahl, die er öffnen kann?

✓ Antwort: 2
Beide anderen Türen verbergen Ziegen, er kann eine von zwei öffnen (je mit 1/2). Steht das Auto woanders, bleibt ihm nur eine Tür.
Zahleneingabe #4 20s ▶ Testen

Bei 10 Türen wählt der Spieler eine Tür, und der Moderator öffnet 8 Ziegentüren. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass Bleiben gewinnt (als Dezimalzahl)?

✓ Antwort: 0.1
Die erste Wahl trifft das Auto mit 1/10 = 0,1; daran ändert das Öffnen nichts.
Schwer
Zahleneingabe #1 25s ▶ Testen

Wechseln gewinnt beim Ziegenproblem mit der Wahrscheinlichkeit 2/3. Wie viele Gewinne erwartet man bei 900 Spielen etwa?

✓ Antwort: 600
2/3 · 900 = 600 Gewinne; in einer echten Serie etwas mehr oder weniger.
Zahleneingabe #2 35s ▶ Testen

Beim Ziegenproblem sollen 1800 Spiele gespielt werden, und der Spieler wechselt immer. Wie viele Gewinne erwartet man nach dem Baum (Pfade „Auto hinter 2“ und „Auto hinter 3“, je 1/3)?

✓ Antwort: 1200
P(Wechseln gewinnt) = 1/3 + 1/3 = 2/3, also erwartet man 2/3 · 1800 = 1200 Gewinne.
Zahleneingabe #3 35s ▶ Testen

In einer Simulation öffnet der Moderator zufällig, nur die Spiele mit gezeigter Ziege werden gezählt: 90 Spiele. Bleiben gewinnt davon 44. Wie groß ist die relative Häufigkeit für Bleiben? Gib sie auf drei Nachkommastellen gerundet an.

✓ Antwort: 0.489
44 : 90 = 0,4889…, gerundet 0,489 – nahe bei 1/2. Ohne Wissen des Moderators ist Bleiben nicht mehr schlechter.
Zahleneingabe #4 30s ▶ Testen

Bei 10 Türen (Moderator öffnet 8 Ziegentüren) wechselt der Spieler immer. Wie viele Gewinne erwartet man bei 500 Spielen?

✓ Antwort: 450
Wechseln gewinnt mit 9/10: 0,9 · 500 = 450 Gewinne.
KI-bewertete Rechnung #5 300s ▶ Testen

Beim Ziegenproblem mit drei Türen wählt der Spieler Tür 1; der Moderator öffnet eine Ziegentür. Zeichne das vollständige Baumdiagramm (1. Stufe: hinter welcher Tür steht das Auto? 2. Stufe: welche Tür öffnet der Moderator?) mit allen Wahrscheinlichkeiten. Berechne die Pfadwahrscheinlichkeiten, bestimme P(Wechseln gewinnt) und begründe kurz, warum 1/2 falsch ist. Schreibe deine Rechnung auf Papier und fotografiere sie.

✓ Antwort: 1. Stufe: Auto hinter 1, 2, 3 mit je 1/3. 2. Stufe: hinter 1 öffnet der Moderator Tür 2 oder 3 mit je 1/2; hinter 2 öffnet er Tür 3 mit 1; hinter 3 öffnet er Tür 2 mit 1. Pfade: 1/6, 1/6, 1/3, 1/3 (Summe 1). Bleiben gewinnt bei Auto hinter 1: 1/6 + 1/6 = 1/3. Wechseln gewinnt bei Auto hinter 2 oder 3: 1/3 + 1/3 = 2/3. Die 1/2 ist falsch, weil der Moderator nicht zufällig öffnet: Hinter 2 oder 3 ist seine Wahl erzwungen, das Öffnen ändert die 1/3 der gewählten Tür nicht.
Der Moderator öffnet mit Wissen: Nur wenn das Auto hinter Tür 1 steht, hat er zwei Möglichkeiten. Die Pfade, in denen Wechseln gewinnt, haben zusammen 1/3 + 1/3 = 2/3.