ZĂ€hlprinzip und Baumdiagramm

Counting principle and tree diagram

Mathematik Klasse 8 17 Aufgaben
WahrscheinlichkeitKombinatorikZĂ€hlprinzipBaumdiagramme

Bei mehrstufigen Experimenten steht |Ω| nicht auf dem Tisch, man zĂ€hlt es: Hat die erste Stufe m und die zweite n Möglichkeiten, gibt es m · n Ergebnisse – ohne ZurĂŒcklegen schrumpft die Zahl der Möglichkeiten je Stufe. Im Baumdiagramm ist jeder Pfad ein Ergebnis. Mit |E| / |Ω| und dem Gegenereignis wird „mindestens einmal“ zu 1 − P(keinmal). RĂ€umt aus, dass man Möglichkeiten addiert oder ohne ZurĂŒcklegen dieselbe Zahl je Stufe zĂ€hlt. Bereitet die Pfadregeln der zusammengesetzten Zufallsexperimente in Jgst. 10 vor.

Das ZĂ€hlprinzip

Bei mehrstufigen Experimenten liegt Ω nicht fertig vor, man zÀhlt es. Hat die erste Stufe m und die zweite n Möglichkeiten, gibt es m · n Ergebnisse: 3 Oberteile und 2 Hosen ergeben 6 Kombinationen. Man multipliziert, man addiert nicht (3 + 2 = 5 wÀre falsch). Bei drei Stufen kommt ein dritter Faktor dazu.

VerÀndere m (waagerecht) und n (senkrecht). Wie viele Punkte, also Kombinationen, entstehen jeweils?

Ohne ZurĂŒcklegen schrumpft die Zahl der Möglichkeiten: Zieht man aus 4 Kugeln nacheinander zwei, hat die erste Stufe 4, die zweite nur noch 3 Möglichkeiten – das sind 4 · 3 = 12 Ergebnisse, nicht 4 · 4.

Das Baumdiagramm

Ein Baumdiagramm zeichnet jede Stufe als Ebene von Ästen. Jeder Pfad von der Wurzel bis zu einem Ende ist ein Ergebnis. In der Urne liegen drei Kugeln R, B und G; zwei werden ohne ZurĂŒcklegen gezogen. Es gibt 3 · 2 = 6 Pfade, und weil jede Kugel gleich wahrscheinlich gezogen wird, sind alle sechs Pfade gleich wahrscheinlich. Ein Ereignis liest man ab, indem man seine Pfade zĂ€hlt: „R zuerst“ (rot markiert) hat 2 von 6 Pfaden, also .

Baumdiagramm, 2 Stufen, 6 Pfade: R → [B, G], B → [R, G], G → [R, B]1. Zug 2. Zug Start R B G B R G G R B
Zwei ZĂŒge ohne ZurĂŒcklegen aus R, B, G: sechs Pfade; die beiden Pfade mit R im ersten Zug sind markiert.

Mindestens einmal

„Mindestens eine Sechs bei zwei WĂŒrfen“ umfasst viele FĂ€lle. ZĂ€hlt man stattdessen das Gegenereignis keine Sechs, ist es eine einzige Rechnung: 5 · 5 = 25 der 36 Paare. Also ist Bei „mindestens einmal“ lohnt sich fast immer der Weg ĂŒber das Gegenereignis „keinmal“.

Gelb: mindestens eine Sechs, blau: keine Sechs (W₁ und W₂ sind die beiden WĂŒrfel). ZĂ€hle beide Farben und prĂŒfe, dass sie zusammen 36 ergeben.
Leicht
Multiple Choice #1 20s ▶ Testen

Ein MenĂŒ besteht aus einer Vorspeise (4 zur Wahl), einem Hauptgericht (5) und einem Nachtisch (3). Wie viele verschiedene MenĂŒs gibt es?

  • ● 60
  • ○ 12
  • ○ 20
ZĂ€hlprinzip: 4 · 5 · 3 = 60. Die Summe 4 + 5 + 3 = 12 ist der Fehler „addieren“; 20 = 4 · 5 vergisst den Nachtisch.
Multiple Choice #2 20s ▶ Testen

Jeder Punkt zeigt eine Kombination aus einem Hemd (waagerecht) und einer Krawatte (senkrecht). Wie viele Kombinationen gibt es?

  • ● 10
  • ○ 7
  • ○ 5
Es gibt 5 Hemden und 2 Krawatten, also 5 · 2 = 10 Punkte. Die Summe 5 + 2 = 7 addiert, statt zu multiplizieren.
Multiple Choice #3 20s ▶ Testen

Aus einer Urne mit 5 verschiedenen Kugeln werden nacheinander 2 gezogen, ohne ZurĂŒcklegen. Wie viele geordnete Ergebnisse gibt es?

  • ● 20
  • ○ 25
  • ○ 10
Erste Kugel: 5 Möglichkeiten, zweite: nur noch 4. 5 · 4 = 20. 25 wĂ€re mit ZurĂŒcklegen; 10 hieße, dass die Reihenfolge nicht zĂ€hlt.
Wahr / Falsch #4 15s ▶ Testen

Zieht man aus 6 Kugeln zwei nacheinander ohne ZurĂŒcklegen, gibt es 6 · 6 = 36 mögliche Ergebnisse.

✓ Falsch
Ohne ZurĂŒcklegen bleiben fĂŒr die zweite Kugel nur 5 Möglichkeiten: 6 · 5 = 30.
Multiple Choice #5 20s ▶ Testen

Das Baumdiagramm zeigt zwei MĂŒnzwĂŒrfe. Wie viele Pfade gehören zum Ereignis „genau einmal Kopf“?

  • ● 2
  • ○ 1
  • ○ 3
Die Pfade K–Z und Z–K haben genau einmal Kopf: 2 Pfade. Es sind zwei, weil die Reihenfolge zĂ€hlt – deshalb nicht 1 (Verwechseln von K–Z und Z–K) und nicht 3.
Multiple Choice #6 20s ▶ Testen

Das Baumdiagramm zeigt zwei ZĂŒge ohne ZurĂŒcklegen aus den Kugeln A, B und C. Wie viele Pfade beginnen mit Kugel B?

  • ● 2
  • ○ 1
  • ○ 3
Nach B bleiben A und C: die Pfade B–A und B–C. Ohne ZurĂŒcklegen hat jeder erste Ast nur zwei Fortsetzungen, nicht drei.
Multiple Choice #7 20s ▶ Testen

Ein Rad hat vier gleich große Felder, eines ist rot. Es wird zweimal gedreht. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, mindestens einmal Rot zu erhalten?

  • ● 7/16
  • ○ 1/2
  • ○ 9/16
Ω hat 4 · 4 = 16 Ergebnisse. „Keinmal Rot“: 3 · 3 = 9 Ergebnisse. P = 1 − 9/16 = 7/16. 1/2 = 1/4 + 1/4 addiert Wahrscheinlichkeiten, 9/16 ist die des Gegenereignisses.
Multiple Choice #8 20s ▶ Testen

Im Baumdiagramm fĂŒr drei MĂŒnzwĂŒrfe ist der Pfad des Gegenereignisses von E markiert (Zahl, Zahl, Zahl). Wie viele Pfade hat E?

  • ● 7
  • ○ 1
  • ○ 3
Von den 8 Pfaden gehört nur ZZZ zum Gegenereignis, E („mindestens einmal Kopf“) hat also 8 − 1 = 7 Pfade.
Mittel
Zahleneingabe #1 25s ▶ Testen

Ein Zahlenschloss hat 3 RĂ€dchen mit je den Ziffern 0 bis 9. Wie viele verschiedene Einstellungen gibt es?

✓ Antwort: 1000
Jedes RÀdchen hat 10 Möglichkeiten: 10 · 10 · 10 = 1000.
Zahleneingabe #2 25s ▶ Testen

FĂŒnf LĂ€ufer kommen ins Ziel. Auf wie viele Arten können Gold, Silber und Bronze vergeben werden?

✓ Antwort: 60
Gold: 5 Möglichkeiten, Silber: 4, Bronze: 3. 5 · 4 · 3 = 60.
Zahleneingabe #3 25s ▶ Testen

Ein Baumdiagramm hat in der ersten Stufe 3 Äste, an jedem davon in der zweiten Stufe 4 Äste. Wie viele Pfade hat es?

✓ Antwort: 12
3 · 4 = 12 Pfade, also 12 Ergebnisse.
Zahleneingabe #4 25s ▶ Testen

Eine MĂŒnze wird dreimal geworfen. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit fĂŒr „mindestens einmal Kopf“ (als Dezimalzahl)?

✓ Antwort: 0.875
Das Gegenereignis „dreimal Zahl“ hat 1 von 8 Pfaden: P = 1 − 1/8 = 7/8 = 0,875.
Schwer
Zahleneingabe #1 35s ▶ Testen

Eine MĂŒnze wird viermal geworfen und danach ein WĂŒrfel einmal. Wie viele Ergebnisse hat Ω?

✓ Antwort: 96
Vier MĂŒnzwĂŒrfe geben 2 · 2 · 2 · 2 = 16 Möglichkeiten, der WĂŒrfel 6: 16 · 6 = 96.
Zahleneingabe #2 35s ▶ Testen

In einer Klasse mit 20 Kindern werden ein Klassensprecher und ein Stellvertreter gewÀhlt (verschiedene Personen). Wie viele Möglichkeiten gibt es?

✓ Antwort: 380
Sprecher: 20 Möglichkeiten, Stellvertreter: 19. 20 · 19 = 380.
Zahleneingabe #3 40s ▶ Testen

Eine MĂŒnze wird dreimal geworfen. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit fĂŒr „genau zweimal Kopf“ (als Dezimalzahl)?

✓ Antwort: 0.375
Der Baum hat 2 · 2 · 2 = 8 gleich wahrscheinliche Pfade; gĂŒnstig sind KKZ, KZK und ZKK, also 3. P = 3/8 = 0,375.
Zahleneingabe #4 40s ▶ Testen

Eine MĂŒnze wird viermal geworfen. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit fĂŒr „mindestens einmal Zahl“ (als Dezimalzahl)?

✓ Antwort: 0.9375
Ω hat 2⁎ = 16 Ergebnisse, „keinmal Zahl“ nur KKKK. P = 1 − 1/16 = 15/16 = 0,9375.
KI-bewertete Rechnung #5 240s ▶ Testen

Ein WĂŒrfel wird dreimal geworfen. Bestimme die Wahrscheinlichkeit fĂŒr „mindestens eine Sechs“. Bestimme dazu |Ω| mit dem ZĂ€hlprinzip, beschreibe das Gegenereignis in Worten, zĂ€hle seine Ergebnisse und berechne die Wahrscheinlichkeit als Bruch und auf drei Stellen gerundet. ErklĂ€re, warum der Weg ĂŒber das Gegenereignis kĂŒrzer ist. Schreibe deine Rechnung auf Papier und fotografiere sie.

✓ Antwort: |Ω| = 6 · 6 · 6 = 216. Gegenereignis: in keinem Wurf eine Sechs, in jedem Wurf 5 Möglichkeiten: 5 · 5 · 5 = 125 Ergebnisse. P(Ē) = 125/216, also P(E) = 1 − 125/216 = 91/216 ≈ 0,421. Direkt mĂŒsste man „genau eine“, „genau zwei“ und „drei Sechsen“ einzeln zĂ€hlen.
Jeder Wurf hat 6 Möglichkeiten (216 Ergebnisse); ohne Sechs bleiben je 5, zusammen 125. 91/216 ≈ 0,421. Das Gegenereignis ist ein einziges Produkt, E dagegen setzt sich aus vielen FĂ€llen zusammen.