Fortgeschritten Mathematik & Logik 5 Punkte · ~15 Min.

Binomialverteilung: Parameter und Erwartungswert

Aufgabenstellung

Die Zufallsgröße XX ist binomialverteilt. Es gilt P(X=1)=12⋅P(X=0)P(X = 1) = 12 \cdot P(X = 0) und E(X)=8E(X) = 8.

  • (a) Bestimmen Sie die Parameter nn und pp der Binomialverteilung.
  • (b) Berechnen Sie die Wahrscheinlichkeit P(X≥2)P(X \geq 2).

Lösungsweg

Schritt 1: Gleichungssystem aufstellen (a)

Für eine binomialverteilte Zufallsgröße gilt:

P(X=0)=(1−p)n,P(X=1)=n⋅p⋅(1−p)n−1P(X = 0) = (1 - p)^n, \quad P(X = 1) = n \cdot p \cdot (1 - p)^{n-1}

Aus P(X=1)=12⋅P(X=0)P(X = 1) = 12 \cdot P(X = 0):

n⋅p⋅(1−p)n−1=12⋅(1−p)nn \cdot p \cdot (1 - p)^{n-1} = 12 \cdot (1 - p)^n

Dividieren durch (1−p)n−1(1 - p)^{n-1} (da 0<p<10 < p < 1, ist (1−p)n−1>0(1-p)^{n-1} > 0):

n⋅p=12⋅(1−p)n \cdot p = 12 \cdot (1 - p)

Aus E(X)=n⋅p=8E(X) = n \cdot p = 8:

8=12⋅(1−p)8 = 12 \cdot (1 - p)

1−p=23⇒p=131 - p = \frac{2}{3} \quad \Rightarrow \quad p = \frac{1}{3}

n=8p=813=24n = \frac{8}{p} = \frac{8}{\frac{1}{3}} = 24

n=24,p=13\boxed{n = 24, \quad p = \frac{1}{3}}

Schritt 2: Kontrolle

P(X=0)=(23)24≈0,000059P(X = 0) = \left(\frac{2}{3}\right)^{24} \approx 0{,}000059

P(X=1)=24⋅13⋅(23)23=8⋅(23)23≈0,000709P(X = 1) = 24 \cdot \frac{1}{3} \cdot \left(\frac{2}{3}\right)^{23} = 8 \cdot \left(\frac{2}{3}\right)^{23} \approx 0{,}000709

P(X=1)P(X=0)=8⋅(23)23(23)24=8⋅32=12\frac{P(X=1)}{P(X=0)} = \frac{8 \cdot \left(\frac{2}{3}\right)^{23}}{\left(\frac{2}{3}\right)^{24}} = 8 \cdot \frac{3}{2} = 12 ✓

Schritt 3: P(X≥2)P(X \geq 2) berechnen (b)

P(X≥2)=1−P(X=0)−P(X=1)P(X \geq 2) = 1 - P(X = 0) - P(X = 1)

P(X≥2)=1−(23)24−8⋅(23)23P(X \geq 2) = 1 - \left(\frac{2}{3}\right)^{24} - 8 \cdot \left(\frac{2}{3}\right)^{23}

=1−(23)23⋅(23+8)=1−263⋅(23)23= 1 - \left(\frac{2}{3}\right)^{23} \cdot \left(\frac{2}{3} + 8\right) = 1 - \frac{26}{3} \cdot \left(\frac{2}{3}\right)^{23}

Numerisch:

(23)23≈0,0000887\left(\frac{2}{3}\right)^{23} \approx 0{,}0000887

P(X≥2)≈1−263⋅0,0000887≈1−0,000768P(X \geq 2) \approx 1 - \frac{26}{3} \cdot 0{,}0000887 \approx 1 - 0{,}000768

P(X≥2)≈0,9992≈99,9 %\boxed{P(X \geq 2) \approx 0{,}9992 \approx 99{,}9\,\%}

Ergebnis

FrageAntwort
Parametern=24n = 24, p=13p = \frac{1}{3}
P(X≥2)P(X \geq 2)≈0,9992\approx 0{,}9992 (99,9 %99{,}9\,\%)