Das Glücksrad beim Schulfest
AFB I–IIAm Stand der Klasse 8b steht ein Glücksrad mit 8 gleich großen Feldern. Die Felder sind von 1 bis 8 nummeriert und wie in Material M1 eingefärbt: vier Felder blau, zwei grün, eines gelb und eines rot.
Das Rad wird einmal gedreht; gewertet wird das Feld, auf dem der Zeiger stehen bleibt.
Alle acht Sektoren haben denselben Mittelpunktswinkel von 45°, sind also gleich groß.
- Gib die Ergebnismenge \(\Omega\) für die gedrehte Feldnummer sowie die Anzahl der möglichen Ergebnisse an.
- Berechne die Wahrscheinlichkeiten der Ereignisse \(B\): „blaues Feld“, \(G\): „grünes Feld“ und \(E\): „gelbes oder rotes Feld“.
- Tim sagt: „Es gibt vier Farben, also ist jede Farbe gleich wahrscheinlich — jede hat die Wahrscheinlichkeit \(\frac{1}{4}\).“ Prüfe seine Aussage und begründe, worauf es bei einem Laplace-Versuch ankommt.
Hinweis zu Aufgabe a)
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
\(\Omega=\{1;2;3;4;5;6;7;8\}\)
Es gibt \(|\Omega|=8\) mögliche Ergebnisse.
Hinweis zu Aufgabe b)
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
\(P(B)=\frac{4}{8}=\frac{1}{2}=50\,\%\)
\(P(G)=\frac{2}{8}=\frac{1}{4}=25\,\%\)
\(P(E)=\frac{1+1}{8}=\frac{2}{8}=\frac{1}{4}=25\,\%\)
Kontrolle: \(\frac{4}{8}+\frac{2}{8}+\frac{2}{8}=\frac{8}{8}=1\) — jedes Feld ist genau einmal erfasst.
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Die Aussage ist falsch. Aus b) folgt \(P(\text{blau})=\frac{1}{2}\), \(P(\text{grün})=\frac{1}{4}\), \(P(\text{gelb})=\frac{1}{8}\) und \(P(\text{rot})=\frac{1}{8}\). Blau ist viermal so wahrscheinlich wie Rot.
Ein Laplace-Versuch liegt vor, wenn alle Ergebnisse dieselbe Wahrscheinlichkeit haben. Das gilt hier für die acht Felder, denn sie sind gleich groß — nicht aber für die vier Farben, weil hinter ihnen unterschiedlich viele Felder stehen.
Tim zählt Kategorien statt gleich wahrscheinlicher Ergebnisse. Die Anzahl der Farben allein sagt nichts über die Wahrscheinlichkeit aus.
Das Zahlenschloss am Fahrradständer
AFB II–IIILea sichert ihr Fahrrad mit einem Zahlenschloss. Modell A hat 4 Ringe mit je den Ziffern 0 bis 9. Für jeden Ring kann jede Ziffer eingestellt werden, unabhängig von den anderen Ringen (Material M2).
Im Fahrradladen steht daneben Modell B mit 5 Ringen, auf denen aber nur die Ziffern 0 bis 5 stehen.
In jedem Kästchen steht, wie viele Ziffern der jeweilige Ring anbietet. Nach dem Zählprinzip werden diese Anzahlen multipliziert.
- Berechne mit dem Zählprinzip, wie viele verschiedene Codes bei Modell A eingestellt werden können.
- Ein Dieb probiert einen zufällig gewählten Code. Bestimme die Wahrscheinlichkeit, dass das Schloss beim ersten Versuch aufgeht, und begründe, warum hier ein Laplace-Versuch vorliegt.
- Vergleiche die beiden Modelle und beurteile, welches Schloss Lea kaufen sollte.
- Lea meint: „Den Code 0000 stelle ich lieber nicht ein — vier gleiche Ziffern sind viel seltener als eine Zahl wie 3719.“ Widerlege ihre Begründung.
Hinweis zu Aufgabe a)
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
\(10\cdot 10\cdot 10\cdot 10=10^4=10\,000\)
Modell A hat 10 000 verschiedene Codes.
Hinweis zu Aufgabe b)
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
\(P(\text{Treffer})=\frac{1}{10\,000}=0{,}0001=0{,}01\,\%\)
Es liegt ein Laplace-Versuch vor: Jeder Ring lässt sich gleich leicht auf jede Ziffer stellen, deshalb ist jeder der 10 000 Codes gleich wahrscheinlich. Genau einer davon ist günstig.
Im Mittel müsste der Dieb also viele tausend Codes durchprobieren — das Schloss ist gegen zufälliges Ausprobieren gut geschützt.
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Modell B: \(6\cdot 6\cdot 6\cdot 6\cdot 6=6^5=7776\) Codes, also \(P=\frac{1}{7776}\approx 0{,}013\,\%\).
Modell A bietet mit 10 000 Codes mehr Möglichkeiten als Modell B mit 7776, obwohl B einen Ring mehr hat. Lea sollte Modell A wählen.
Der Vergleich zeigt: Eine zusätzliche Stelle hilft nur, wenn dadurch das Produkt größer wird. Hier wiegt der Verlust von vier Ziffern je Ring schwerer als der Gewinn eines fünften Rings \((10^4 > 6^5)\).
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Die Begründung ist falsch. Unter den 10 000 Einstellungen kommt „0000“ genau einmal vor und „3719“ ebenfalls genau einmal. Beide Codes haben dieselbe Wahrscheinlichkeit \(\frac{1}{10\,000}\).
Lea verwechselt einen einzelnen Code mit einer Gruppe von Codes: Codes mit vier gleichen Ziffern gibt es nur 10 (0000, 1111, …, 9999), „gemischte“ Codes dagegen sehr viele. Die Gruppe „vier gleiche Ziffern“ ist also selten — der einzelne Code 0000 aber nicht seltener als jeder andere.
Ein praktischer Grund bleibt trotzdem: Ein Dieb probiert auffällige Codes wie 0000 oder 1234 zuerst. Das ist aber kein mathematisches, sondern ein Argument über das Verhalten von Menschen.
