Laplace-Experiment oder nicht?

Laplace experiment or not?

Mathematik Klasse 8 26 Aufgaben
WahrscheinlichkeitStochastik

Ein Laplace-Experiment hat endlich viele Ergebnisse, die alle gleich wahrscheinlich sind – das folgt aus Symmetrie (fairer Würfel, gleiche Kugeln, gleich große Felder) und wird nicht angenommen. Räumt das Gleichwahrscheinlichkeitsdenken aus (Lecoutre 1992): vier Farben heißt nicht ¼ je Farbe, die Augensummen 2 bis 12 sind nicht gleich wahrscheinlich, die 36 Paare schon. Zeigt, dass es auf die Wahl der Ergebnismenge ankommt und dass man bei Reißnagel oder Fußballspiel mit relativen Häufigkeiten schätzt. Bereitet die Formel P = günstige durch mögliche Ergebnisse vor.

Gleich wahrscheinlich?

Ein Zufallsexperiment ist ein Laplace-Experiment, wenn es endlich viele Ergebnisse hat und alle gleich wahrscheinlich sind. Das folgt aus Symmetrie: fairer Würfel, faire Münze, gleiche Kugeln in einer Urne, gleich große Felder auf dem Rad. Vier Ergebnisse allein genügen nicht. Dieses Rad hat vier Farben – dreh es oft und vergleiche die Zähler.

Dreh das Rad mindestens 30-mal. Kommen alle vier Farben etwa gleich oft?

Gleichwahrscheinlichkeit wird geprüft, nicht angenommen. Bei einem Reißnagel, einem Fußballspiel (Sieg, Unentschieden, Niederlage) oder dem Wetter passt das Modell nicht: Drei Ausgänge heißen nicht ⅓ je Ausgang. Dort schätzt man die Wahrscheinlichkeiten mit den relativen Häufigkeiten langer Versuchsreihen.

Die richtige Ergebnismenge

Dasselbe Experiment lässt sich mit verschiedenen Ergebnismengen beschreiben, und nicht jede ist ein Laplace-Modell. Drei faire Münzen haben acht gleich wahrscheinliche Ergebnisse (KKK, KKZ, …, ZZZ). Notiert man nur die Anzahl Kopf, ergibt sich – vier Ergebnisse, aber nicht gleich wahrscheinlich: Genau einmal Kopf entsteht auf drei Wegen, keinmal Kopf nur auf einem.

Stelle k ein. Wie viele der acht gleich wahrscheinlichen Ergebnisse gehören zu k-mal Kopf?

Ebenso bei zwei Würfeln: Die Augensummen 2 bis 12 sind nicht gleich wahrscheinlich, die 36 Paare (1. Würfel | 2. Würfel) aber schon. Wähle die feinste Beschreibung, bei der alle Ergebnisse symmetrisch sind. Erst wenn beides stimmt (endlich viele Ergebnisse, alle gleich wahrscheinlich), darf man Wahrscheinlichkeiten ausrechnen; wie, zeigt der nächste Abschnitt.

Leicht
Multiple Choice #1 20s ▶ Testen

Welches Experiment ist ein Laplace-Experiment?

  • ● Eine von 10 gleichen, nummerierten Kugeln blind ziehen
  • ○ Ein Rad mit Rot, Blau und Grün drehen, wobei Rot das halbe Rad füllt
  • ○ Einen Reißnagel werfen und notieren, ob die Spitze oben liegt
Bei gleichen Kugeln hat jede dieselbe Chance. Beim Rad mit dem großen roten Feld und beim Reißnagel sind die Ergebnisse nicht gleich wahrscheinlich.
Wahr / Falsch #2 15s ▶ Testen

Ein Rad mit vier Farben ist immer ein Laplace-Experiment, weil es vier Ergebnisse hat.

✓ Falsch
Vier Ergebnisse genügen nicht: Sie müssen gleich wahrscheinlich sein, also müssen die Felder gleich groß sein.
Multiple Choice #3 20s ▶ Testen

Das Rad wird gedreht, notiert wird die Farbe. Ist das ein Laplace-Experiment?

  • ● Nein, Rot ist wahrscheinlicher als jede andere Farbe
  • ○ Ja, alle vier Farben sind gleich wahrscheinlich
  • ○ Nein, ein Rad kann nie ein Laplace-Experiment sein
Das rote Feld ist deutlich größer als die anderen; die vier Farben sind nicht gleich wahrscheinlich. Bei vier gleich großen Feldern wäre es ein Laplace-Experiment.
Multiple Choice #4 20s ▶ Testen

Zwei faire Münzen werden geworfen. Welche Ergebnismenge ist ein Laplace-Modell, bei dem alle Ergebnisse gleich wahrscheinlich sind?

  • ● {KK, KZ, ZK, ZZ}
  • ○ {0-mal Kopf, 1-mal Kopf, 2-mal Kopf}
  • ○ {zweimal Kopf, mindestens einmal Zahl}
Die vier geordneten Paare sind gleich wahrscheinlich. „1-mal Kopf“ entsteht auf zwei Wegen (KZ, ZK), „0-mal“ und „2-mal“ nur auf je einem. „Mindestens einmal Zahl“ entsteht auf drei Wegen, „zweimal Kopf“ nur auf einem.
Wahr / Falsch #5 15s ▶ Testen

Bei zwei Würfeln entsteht die Augensumme 7 auf mehr Wegen als die Augensumme 2; die Summen sind also nicht gleich wahrscheinlich.

✓ Wahr
Die Summe 7 entsteht auf sechs Wegen, die Summe 2 nur auf einem. Gleich wahrscheinlich sind die 36 Paare (1. Würfel | 2. Würfel).
Multiple Choice #6 20s ▶ Testen

Das Diagramm zeigt, auf wie vielen Wegen jede Augensumme mit zwei Würfeln entsteht. Welche Summe ist am wahrscheinlichsten?

  • ● Augensumme 7
  • ○ Augensumme 2
  • ○ Alle Summen sind gleich wahrscheinlich
Die höchste Säule gehört zur Summe 7: sechs der 36 Paare. Die Summen 2 und 12 haben nur je ein Paar.
Multiple Choice #7 20s ▶ Testen

Bei welchem Experiment schätzt man die Wahrscheinlichkeiten besser mit einer langen Versuchsreihe, weil das Laplace-Modell nicht passt?

  • ● Einen Reißnagel werfen und die Lage notieren
  • ○ Einen fairen Würfel werfen und die Augenzahl notieren
  • ○ Aus einer Urne mit 20 gleichen Kugeln blind eine ziehen
Beim Reißnagel gibt es keine Symmetrie, die beide Lagen gleich wahrscheinlich macht. Beim fairen Würfel und bei gleichen Kugeln liefert die Symmetrie das Modell.
Wahr / Falsch #8 15s ▶ Testen

Ein Fußballspiel hat drei mögliche Ausgänge (Sieg, Unentschieden, Niederlage), also hat jeder die Wahrscheinlichkeit ⅓.

✓ Falsch
Die drei Ausgänge sind nicht gleich wahrscheinlich; Unentschieden ist zum Beispiel seltener. Man schätzt mit relativen Häufigkeiten vieler Spiele.
Multiple Choice #9 20s ▶ Testen

Ein Gerät zeigt eine Zahl von 1 bis 4. Das Diagramm zeigt 1000 Versuche. Ist das Laplace-Modell (alle Zahlen gleich wahrscheinlich) tragfähig?

  • ● Nein, die Häufigkeiten unterscheiden sich zu stark
  • ○ Ja, denn es gibt vier verschiedene Zahlen
  • ○ Ja, wenn man die häufigste Zahl weglässt
Bei einem Laplace-Modell erwartet man etwa 250 pro Zahl. Hier kommt die 1 402-mal vor, die 4 nur 169-mal – eine lange Serie widerspricht der Gleichwahrscheinlichkeit.
Wahr / Falsch #10 25s ▶ Testen

Ein normaler Würfel wird geworfen. Ist das ein Laplace-Experiment?

✓ Ja
Wahr / Falsch #11 25s ▶ Testen

Aus einer Urne mit 10 gleichen, nummerierten Kugeln wird eine gezogen. Ist das ein Laplace-Experiment?

✓ Ja
Wahr / Falsch #12 25s ▶ Testen

Zwei Würfel werden geworfen. Ist jede Augensumme von 2 bis 12 gleich wahrscheinlich?

✓ Nein
Wahr / Falsch #13 25s ▶ Testen

Ein Glücksrad hat ein großes rotes Feld (halbes Rad) und vier kleine. Ist jedes der fünf Felder gleich wahrscheinlich?

✓ Nein
Multiple Choice #14 25s ▶ Testen

Bei welchem Versuch darfst du P = günstige : mögliche rechnen?

  • ● eine Münze werfen
  • ○ einen Reißnagel werfen
  • ○ die Augensumme zweier Würfel
Multiple Choice #15 25s ▶ Testen

Bei welchem Versuch darfst du P = günstige : mögliche rechnen?

  • ○ einen Kronkorken werfen
  • ● eine Karte aus einem gemischten Stapel ziehen
  • ○ Regen oder Sonne morgen
Mittel
Lückentext #1 20s ▶ Testen

Ein Zufallsexperiment mit endlich vielen, gleich wahrscheinlichen Ergebnissen heißt ___-Experiment.

✓ Antwort: Laplace
Nach dem Mathematiker Pierre-Simon Laplace: Alle Ergebnisse haben dieselbe Wahrscheinlichkeit.
Zahleneingabe #2 25s ▶ Testen

Drei faire Münzen werden geworfen, notiert wird für jede Münze Kopf oder Zahl. Wie viele Ergebnisse hat das Laplace-Modell?

✓ Antwort: 8
Jede Münze hat 2 Möglichkeiten: 2 · 2 · 2 = 8 Ergebnisse (KKK, KKZ, …, ZZZ).
Lückentext #3 20s ▶ Testen

Beim Reißnagel schätzt man die Wahrscheinlichkeit mit der ___ Häufigkeit einer langen Versuchsreihe.

✓ Antwort: relativen
Die relative Häufigkeit h = H/n einer langen Serie ist der Schätzwert.
Zahleneingabe #4 30s ▶ Testen

Ein Glücksrad hat 12 gleich große Felder mit den Zahlen 1 bis 12. Wie viele Felder zeigen eine durch 3 teilbare Zahl?

✓ Antwort: 4
Zahleneingabe #5 30s ▶ Testen

Ein Glücksrad hat 20 gleich große Felder mit den Zahlen 1 bis 20. Wie viele Felder zeigen eine durch 4 teilbare Zahl?

✓ Antwort: 5
Bruch eingeben #6 40s ▶ Testen

Zwei Münzen werden geworfen. Wie groß ist P(zweimal Kopf)?

✓ Antwort: 1/4
Bruch eingeben #7 40s ▶ Testen

Zwei Münzen werden geworfen. Wie groß ist P(einmal Kopf und einmal Zahl)?

✓ Antwort: 2/4
Schwer
Zahleneingabe #1 35s ▶ Testen

Fünf Experimente: (1) fairer Würfel, (2) Reißnagel, (3) faire Münze, (4) Rad mit vier ungleich großen Feldern, (5) Urne mit 8 gleichen Kugeln. Wie viele davon sind Laplace-Experimente?

✓ Antwort: 3
Laplace-Experimente sind (1), (3) und (5). Beim Reißnagel und beim Rad mit ungleichen Feldern sind die Ergebnisse nicht gleich wahrscheinlich.
Zahleneingabe #2 30s ▶ Testen

Zwei Würfel werden geworfen. Auf wie vielen Wegen (Paaren) entsteht die Augensumme 6?

✓ Antwort: 5
(1|5), (2|4), (3|3), (4|2), (5|1): fünf Paare. Deshalb ist die Summe 6 nicht so wahrscheinlich wie die 7 mit sechs Paaren.
KI-bewertete Rechnung #3 240s ▶ Testen

Lena sagt: „Bei zwei Münzen gibt es drei Ergebnisse: zweimal Kopf, einmal Kopf, keinmal Kopf. Also ist jedes zu einem Drittel wahrscheinlich.“ Schreibe die Ergebnismenge auf, in der alle Ergebnisse gleich wahrscheinlich sind, und zähle, auf wie vielen Wegen jedes von Lenas drei Ergebnissen entsteht. Erkläre damit, warum Lenas Modell kein Laplace-Modell ist. Schreibe deine Rechnung auf Papier und fotografiere sie.

✓ Antwort: Ω = {KK, KZ, ZK, ZZ} mit vier gleich wahrscheinlichen Ergebnissen. „Zweimal Kopf“ entsteht auf 1 Weg (KK), „einmal Kopf“ auf 2 Wegen (KZ, ZK), „keinmal Kopf“ auf 1 Weg (ZZ). Da die drei Ausgänge unterschiedlich viele Wege haben (1, 2, 1 von 4), sind sie nicht gleich wahrscheinlich – „einmal Kopf“ ist doppelt so wahrscheinlich.
Das feinere Modell mit vier geordneten Paaren ist symmetrisch. Lenas mittlerer Ausgang fasst zwei davon zusammen (KZ und ZK) und ist deshalb doppelt so wahrscheinlich wie jeder der beiden anderen.
Zahleneingabe #4 25s ▶ Testen

Ein Rad mit vier Farben wird 2000-mal gedreht, 1000-mal fällt Rot. Welchen Wert schätzt man für die Wahrscheinlichkeit von Rot (als Dezimalzahl)?

✓ Antwort: 0.5
h(Rot) = 1000/2000 = 0,5. Der Wert ¼ = 0,25 würde nur bei vier gleich großen Feldern gelten.