Zufallsexperiment: Ergebnisse und Chancen verstehen
Ein Zufallsexperiment hat bekannte Ergebnisse, aber einen ungewissen Ausgang. Du lernst Ergebnis, Ergebnisraum und Ereignis und vergleichst Chancen.
Kurz gesagt
Ein Zufallsexperiment ist ein Vorgang unter festen Bedingungen, bei dem die möglichen Ergebnisse bekannt sind, das tatsächliche Ergebnis aber nicht vorhersagbar ist. Beim Würfeln sind 1 bis 6 möglich, welche Zahl fällt, bleibt offen. Sind alle Ergebnisse gleich wahrscheinlich, gilt: günstige durch mögliche Ergebnisse.
Bei einem Zufallsexperiment sind die möglichen Ergebnisse vorher bekannt, aber du kannst das tatsächlich eintretende Ergebnis nicht sicher vorhersagen. Ein Würfelwurf ist ein typisches Beispiel: Möglich sind die Zahlen 1 bis 6, doch vor dem Wurf steht die Augenzahl nicht fest. Du lernst, Zufallsexperimente zu erkennen, Ergebnisse und Ereignisse zu unterscheiden sowie einfache Gewinnchancen zu vergleichen.
Deine Lernziele
Stell dir vor, du würfelst. Der Ablauf ist geplant, die möglichen Augenzahlen sind bekannt und trotzdem weißt du vorher nicht, welche Zahl fällt. Im Schulunterricht wird meist zusätzlich verlangt, dass sich der Versuch unter gleichen Bedingungen wiederholen lässt. Beim Ziehen aus einer Urne stellst du dieselben Ausgangsbedingungen wieder her, indem du die gezogene Kugel zurücklegst und die Kugeln erneut mischst. In einer weiter gefassten Verwendung können auch einmalige Zufallsvorgänge als Zufallsexperimente bezeichnet werden. Deshalb kann die Einordnung eines einmaligen Vorgangs davon abhängen, welche Definition verwendet wird. Ein Gegenbeispiel ist eine vollständig vorhersehbare Handlung: Du legst einen roten Stift auf den Tisch. Das Ergebnis steht bereits fest und ist daher nicht zufällig.
Zufallsexperiment
Ein Zufallsexperiment ist ein Vorgang unter festgelegten Bedingungen, bei dem mehrere Ergebnisse möglich sind. Die möglichen Ergebnisse sind vorher bekannt, das tatsächlich eintretende Ergebnis ist jedoch nicht sicher vorhersagbar.
Merke: Gleich wahrscheinliche Ergebnisse sind kein notwendiges Merkmal. Ein Glücksrad mit unterschiedlich großen Feldern bleibt ein Zufallsexperiment.
Teste dich
Beim Würfeln kannst du nicht nur einzelne Augenzahlen betrachten. Du kannst auch mehrere passende Augenzahlen zu einer Aussage zusammenfassen. Ein Ergebnis ist ein einzelner möglicher Ausgang, beim Würfelwurf zum Beispiel die Zahl 3. Im Ergebnisraum steht jedes mögliche Ergebnis genau einmal. Eine 7 gehört nicht zum Ergebnisraum eines üblichen Würfels. Das sichere Ereignis enthält alle Ergebnisse aus \Omega. Das unmögliche Ereignis enthält kein Ergebnis. Beim üblichen Würfel ist „höchstens 6“ sicher und „Augenzahl 7“ unmöglich.
Ergebnisraum
Der Ergebnisraum \Omega ist die Menge aller möglichen Ergebnisse. Beim üblichen Würfel gilt: \Omega=\{1,2,3,4,5,6\}
Ereignis
Ein Ereignis ist eine Auswahl aus dem Ergebnisraum. Das Ereignis „Es fällt eine gerade Zahl“ lautet: A=\{2,4,6\}
Beispiel: Ein Glücksrad mit den Zahlen 1 bis 9
- 1Ergebnis: Das Rad bleibt bei 5 stehen.
- 2Ergebnisraum: \Omega=\{1,2,3,4,5,6,7,8,9\}
- 3Ereignis „ungerade Zahl“: A=\{1,3,5,7,9\}
- 45 ist ein einzelnes Ergebnis, ungerade Zahl fasst mehrere Ergebnisse zusammen.
Teste dich
Eine Wahrscheinlichkeit beschreibt, wie groß die Chance für ein Ereignis ist. Sie liegt zwischen 0 und 1 beziehungsweise zwischen 0 % und 100 %. Ein unmögliches Ereignis hat die Wahrscheinlichkeit 0. Das sichere Ereignis hat die Wahrscheinlichkeit 1 beziehungsweise 100 %. „Günstig“ bedeutet dabei nur: Das Ergebnis gehört zum untersuchten Ereignis. Es muss kein persönlicher Gewinn sein. Bei einem Glücksrad mit unterschiedlich großen Feldern darfst du nicht einfach „günstige durch mögliche Ergebnisse“ rechnen. Ein großes Feld wird häufiger getroffen als ein kleines. Die bloße Anzahl der Beschriftungen reicht dann nicht aus. Ein Spiel mit denselben Regeln für alle ist fair, wenn keine Person durch die Gewinnchancen bevorzugt wird. Prüfe dafür zuerst den Aufbau des Spiels. Eine kurze Versuchsserie beweist nicht, dass ein Spiel fair oder unfair ist, denn Häufigkeiten schwanken zufällig.
Laplace-Experiment
Bei einem Laplace-Experiment sind alle einzelnen Ergebnisse gleich wahrscheinlich. Dann gilt: P(A)=\frac{\text{Anzahl günstiger Ergebnisse}}{\text{Anzahl aller möglichen Ergebnisse}}
Beispiel: Ungerade Zahl am Glücksrad mit den Zahlen 1 bis 9
- 1Neun gleich große Felder, also neun gleich wahrscheinliche Ergebnisse
- 2Günstig sind 1, 3, 5, 7 und 9, also fünf Ergebnisse.
- 3P(\text{ungerade Zahl})=\frac{5}{9}\approx 55{,}6\,\%
- 4Die Rechnung passt, weil alle neun Felder gleich groß sind.
Beispiel: Ist ein Urnenspiel fair?
- 1Urne: 10 rote, 8 blaue und 2 grüne gleichartige Kugeln, mit Zurücklegen
- 2A gewinnt bei Rot, B gewinnt bei Blau.
- 3Chance für A: 10 von 20 Kugeln
- 4Chance für B: 8 von 20 Kugeln
- 5A hat die größere Gewinnchance. Das Spiel ist nicht fair.
Teste dich
Ein einzelner Versuch kann überraschend ausfallen. Wenn du ein Zufallsexperiment oft wiederholst, kannst du die Ergebnisse in einer Strichliste sammeln. Die absolute Häufigkeit gibt an, wie oft ein Ergebnis tatsächlich vorkam. Die relative Häufigkeit vergleicht diese Zahl mit der Gesamtzahl aller Durchführungen: \text{relative Häufigkeit}=\frac{\text{absolute Häufigkeit}}{\text{Anzahl der Durchführungen}} Bei vielen Wiederholungen werden häufig stabilere Muster sichtbar. Trotzdem lässt sich der nächste einzelne Ausgang nicht sicher vorhersagen. Beim zweimaligen Münzwurf gilt mit K für Kopf und Z für Zahl: \Omega=\{KK,KZ,ZK,ZZ\} KZ und ZK sind verschiedene Ergebnisse, weil die Reihenfolge der Würfe verschieden ist. Ob Ziehungen voneinander abhängen, kann von den Bedingungen abhängen. Beim Ziehen mit Zurücklegen wird der ursprüngliche Urneninhalt wiederhergestellt. Ohne Zurücklegen verändert die erste Ziehung die Bedingungen für die zweite. Für einen eigenen Versuch legst du Frage, Material und Regeln fest, zum Beispiel: „Wie oft fällt bei 30 Würfen eine 6?“ Notiere den Ergebnisraum, führe jede Wiederholung auf dieselbe Weise durch und halte jedes Ergebnis sofort in einer Strichliste fest. Am Ende vergleichst du die Häufigkeiten.
Beispiel: Relative Häufigkeit der 6 bei 240 Würfen
- 1Bei 240 Würfen fällt die 6 genau 48-mal.
- 2\frac{48}{240}=0{,}2=20\,\%
- 3Das ist ein beobachteter Wert dieser Versuchsserie. Er muss nicht genau mit der theoretischen Wahrscheinlichkeit \frac{1}{6} übereinstimmen.
Mehrstufiges Zufallsexperiment
Ein mehrstufiges Zufallsexperiment besteht aus mehreren zufälligen Schritten. Das Gesamtergebnis kombiniert die Ergebnisse der einzelnen Stufen.
Teste dich
Alles auf einen Blick
Zufallsexperiment
mehrere mögliche Ergebnisse, ungewisser Ausgang, festgelegte Bedingungen
Ergebnis, Ergebnisraum und Ereignis
Laplace-Modell, relative Häufigkeit und Fairness
einstufig oder mehrstufig, mit oder ohne Zurücklegen
Wahrscheinlichkeit für Blau beim Ziehen aus einer Urne
- 1Urne: 3 rote, 5 blaue und 2 gelbe gleichartige Kugeln
- 2Jede Kugel hat dieselbe Chance: 3 + 5 + 2 = 10 mögliche Ergebnisse
- 3Günstig für „blau“: 5 Kugeln
- 4P(\text{blau}) = \frac{5}{10} = \frac{1}{2} = 50\,\%
- 5Gelb hat mit \frac{2}{10} = 20\,\% die kleinste Chance.
Fehler finden
Fehler in Zeile 3Die beiden Farben sind nicht gleich wahrscheinlich, gleich wahrscheinlich sind die 4 Kugeln. Richtig ist P(\text{rot}) = \frac{3}{4}.
Lückentext
Beim Würfelwurf ist die Zahl 4 ein . Die Menge aller möglichen Augenzahlen heißt . Die Aussage „gerade Zahl“ beschreibt ein .