Mathe: Spieler treten wiederholt gegeneinander an

CyborgBeta

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Hm, ich muss kurz etwas wissen.

Zwei Spieler treten wiederholt gegeneinander an. Mit einer Wahrscheinlichkeit von 0.52 gewinnt Spieler 1 und mit einer Wahrscheinlichkeit von 0.48 gewinnt Spieler 2. Das Unentschieden ist ausgeschlossen. Nach wie vielen Spielrunden hat Spieler 1 mit einer Wahrscheinlichkeit von 0.5 insgesamt 6 Spiele gewonnen?

Dafür brauche ich doch die bedingte Wahrscheinlichkeit (mit/ohne Varianz?) und eine Fallunterscheidung, oder?

Nach 6 Spielrunden sollte Spieler 1 mit einer Wahrscheinlichkeit von pow(0.52, 6) = ca. 2 % alle 6 Spiele gewonnen haben ... aber wie geht es dann weiter? Also nach 7, 8, usw. Spielrunden?

Danke
 
CyborgBeta schrieb:
Nach wie vielen Spielrunden hat Spieler 1 mit einer Wahrscheinlichkeit von 0.5 insgesamt 6 Spiele gewonnen?
meinst du 0,5%?
6 runden zu gewinnen wäre ja 0,52*0,52*0,52*0,52*0,52*0,52, also 1,95%?
 
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Die Anzahl der Erfolge von Spieler 1 ist binomialverteilt zu den Parametern n und p, wobei n die Anzahl der Spiele und p = 0.52 ist.
Die Wahrscheinlichkeit, nach n Spielen genau k Erfolge zu haben, ist gegeben durch (n über k) * p^k * (1-p)^(n-k). In deinem Beispiel ist k = 6.

Ich bin mir nicht sicher, ob es einen besser passende Wahrscheinlichkeitsverteilung gibt, die das Problem modelliert. Dann gibt es vielleicht eine passende Formel für dich. Ansonsten könntest du obige Formel benutzen und z.B. linear austesten, ab wann die Schwelle von 0.5 erreicht wird.
 
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ChatGPT gibt das dazu zum Besten:
"Um Spieler 1 mit einer Wahrscheinlichkeit von mindestens 0,5 insgesamt 6 Spiele gewinnen zu lassen, müssen mindestens 13 Spielrunden gespielt werden.

Spieler 1 gewinnt mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,50002, wenn insgesamt 13 Spiele gespielt werden.

Das Ergebnis basiert auf der Berechnung der kumulativen Wahrscheinlichkeit für jede Anzahl von Spielrunden, beginnend bei 6 und erhöht sich schrittweise. Wenn die kumulative Wahrscheinlichkeit mindestens 0,5 erreicht, haben wir die Anzahl der Runden gefunden, die erforderlich sind, damit Spieler 1 mit einer Wahrscheinlichkeit von mindestens 0,5 insgesamt 6 Spiele gewinnt."

Für die genaue Herleitung und Formeln am besten die Aufgabenstellung direkt bei ChatGPT eingeben
 
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dann ist anscheinend eine Binomialverteilung gemeint mit 0,5
 
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Web-Schecki schrieb:
Ich bin mir nicht sicher, ob es einen besser passende Wahrscheinlichkeitsverteilung gibt, die das Problem modelliert. Dann gibt es vielleicht eine passende Formel für dich. Ansonsten könntest du obige Formel benutzen und z.B. linear austesten, ab wann die Schwelle von 0.5 erreicht wird.
Du hast recht. 0.52 und 0.48 sind als Wahrscheinlichkeiten nicht gut gewählt.

Nach Wolfram Alpha wird >=0.5 als Wahrscheinlichkeit für den ersten Spieler nie erreicht werden:

https://www.wolframalpha.com/input?i=Table[(n+choose+6)+*+0.52^6+*+(1-0.52)^(n-6),+{n,25}]
Ergänzung ()

Telemnaro schrieb:
ChatGPT gibt das dazu zum Besten:
"Um Spieler 1 mit einer Wahrscheinlichkeit von mindestens 0,5 insgesamt 6 Spiele gewinnen zu lassen, müssen mindestens 13 Spielrunden gespielt werden.

Das deckt sich eigentlich auch mit meiner "Zufalls-Simulation", mit jeweils 1000 Durchläufen pro n. Aber wie gesagt, ich bin mir da sehr unsicher.
Ergänzung ()

StefanArbe schrieb:
Ne, schon 50 %, also dass Spieler 1 als Erstes mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % insgesamt 6 Spiele gewonnen hat (und gleichzeitig Spieler 2 weniger als 6 Spiele gewonnen hat).
 
Zuletzt bearbeitet:
Also überschlagen hätte ich das mit 12 Spielen. 50% Wahrscheinlichkeit jedes Spiel zu gewinnen und eben 6 Spiele davon mit insgesamt einer Wahrscheinlichkeit von 50% zu gewinnen ergeben sich nach 12 Spielen... plausibel ist das Ergebnis mit 13 durchaus
 
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Telemnaro schrieb:
Also überschlagen hätte ich das mit 12 Spielen. 50% Wahrscheinlichkeit jedes Spiel zu gewinnen
Bei mir sind es eigentlich nur 10 bis 11 Spiele.

🤯 Aber eine Formel oder Herleitung dazu haben wir immer noch nicht. 😢

Spieler 1 hat eine höhere Wahrscheinlichkeit, als erstes 6 Spiele zu gewinnen, deshalb sollten doch auch die 50 % erreicht werden können ...
 
Hier die Erklärung von ChatGPT
 

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@Telemnaro Danke, jetzt ist es klar, die Erfolge müssen zusätzlich aufsummiert werden, d. h., wenn Spieler 1 7 von 7 Spiele gewonnen hat, zählt das ja auch dazu?
Ergänzung ()

Jaaaa, nach 11 Spielrunden gewinnt Spieler 1 mit einer Wahrscheinlichkeit von >=0.5 insgesamt 6 Spiele:

https://www.wolframalpha.com/input?...+*+0.52^k+*+(1-0.52)^(n-k),+k=6,+n),+{n,+25}]

Was mich jetzt noch wundert, mehr als 12 Spielrunden kann es doch eigentlich gar nicht geben?
 
Zuletzt bearbeitet:
Da Spieler 1 eine höhere Wahrscheinlichkeit als 50% hat, sollten es wenn dann weniger sein. 12 wären es genau eben bei 50%. Es sollten zumindest nicht mehr rauskommen, meiner Meinung nach

Und ja, es wird aufsummiert:
"Das Ergebnis basiert auf der Berechnung der kumulativen Wahrscheinlichkeit für jede Anzahl von Spielrunden"
 
@Telemnaro Setze doch mal als Wahrscheinlichkeit 0.75 ein, dann würde durchschnittlich nicht mehr als 8 Runden gespielt werden... Ich denke, die Formel passt.
 
mein nicht ProgrammiererSenf....

Spieler2 kann auch 6mal in Folge gewinnen, auch wenns unwahrscheinlich klingt, oder?
 
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Diesmal sogar als Python-Code:
from scipy.special import comb

def probability_of_winning(n):
prob = 0
for i in range(6, n+1):
prob += comb(n, i) * (0.75*i) * (0.25*(n-i))
return prob

def find_min_rounds():
n = 6
while probability_of_winning(n) < 0.75:
n += 1
return n

result = find_min_rounds()
print("Spieler 1 hat mit einer Wahrscheinlichkeit von 0.75 insgesamt 6 Spiele nach", result, "Runden gewonnen.")

Führt zum Ergebnis, dass Spieler 1 mit einer Wahrscheinlichkeit von 0.75 insgesamt 6 Spiele nach 8 Runden gewonnen hat. Aber eben auch bei einer Solo-Wahrscheinlichkeit von 75%
 
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Hito360 schrieb:
Spieler2 kann auch 6mal in Folge gewinnen, auch wenns unwahrscheinlich klingt, oder?
Das habe ich auch gar net ausgeschlossen. ;) Klar, kann Spieler 2 auch die gesamten Spiele gewinnen, es ist nur etwas weniger wahrscheinlich, je mehr gespielt wird.

@Telemnaro Wäre dies also richtig?:

1715340728272.gif

Ergänzung ()

Edit: Was würde sich ändern ... wenn die Aufgabenstellung anders wäre, und auch beide Spieler eine Spielrunde gewinnen könnten?
 
CyborgBeta schrieb:
die Erfolge müssen zusätzlich aufsummiert werden
Sorry, ja, das fehlte bei mir. Natürlich sind es "mindestens 6" und nicht einfach "genau 6" Erfolge für Spieler 1, dementsprechend braucht man die Summe über k = 6,...,n.

CyborgBeta schrieb:
Was würde sich ändern ... wenn die Aufgabenstellung anders wäre, und auch beide Spieler eine Spielrunde gewinnen könnten?
Das ist bisher auch nicht ausgeschlossen?!
 
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@Web-Schecki Hmmm, also ich muss noch mal von vorne anfangen.

Die Aufgabenstellung stammt aus einem anderen Forum von einem anderen Mitglied, und wurde dort aber auch nur unvollständig gestellt, sodass man viele Annahmen dazu treffen muss bzw. sie Raum für Interpretationen zulässt.

Ich vermute, das könnte eine ehemalige Mathematik-LK-Abi-Aufgabe gewesen sein (das müsste man mal recherchieren).

Jedenfalls finde ich diese Aufgabe als Übungsaufgabe nicht schlecht, deshalb wollte ich sie mal "durchrechnen".

Web-Schecki schrieb:
Das ist bisher auch nicht ausgeschlossen?!
Sagen wir, das wäre eine zusätzliche Abwandlung der Aufgaben.
 
Hm, wie heißt diese Formel und wer erfand sie?

Das ist doch letztlich ganz einfache Stochastik oder?

Ein "Troll" aus einem anderen Forum fordert jetzt eine Angabe der Quelle/des Autors.

Das Ganze wird langsam ein wenig albern, der nächste behauptet vielleicht, 1+2=3 sei auch geschützt...
 
Ich habe noch einmal ChatGPT zum Thema gefragt und bekam diese Antwort:

Die erweiterte Binomialverteilung bezieht sich auf Situationen, in denen man die Wahrscheinlichkeit mehrerer nicht disjunkter (sich nicht gegenseitig ausschließender) Ereignisse untersucht. Die herkömmliche Binomialverteilung setzt voraus, dass jedes Ereignis unabhängig und nur entweder ein Erfolg oder ein Misserfolg ist. Bei der erweiterten Binomialverteilung betrachten wir jedoch eine Menge von Ereignissen, die nicht unbedingt unabhängig und deren Wahrscheinlichkeiten in Summe größer als 1 sein können.

Stellen wir uns vor, wir haben Ereignisse \( A_1, A_2, ..., A_k \) mit Wahrscheinlichkeiten \( P(A_1), P(A_2), ..., P(A_k) \). Diese Ereignisse sind nicht notwendig disjunkt, was bedeutet, dass sie sich überlappen können, und die Summe ihrer Einzelwahrscheinlichkeiten kann größer als 1 sein.

### Berechnung

Für die Berechnung der Wahrscheinlichkeit einer Kombination dieser Ereignisse untersuchen wir die Möglichkeit, dass verschiedene Kombinationen der Ereignisse eintreten. Nehmen wir an, dass ein zufälliges Experiment \( n \)-mal durchgeführt wird, und wir wollen die Wahrscheinlichkeit berechnen, dass bestimmte Kombinationen dieser Ereignisse in genau diesen \( n \) Versuchen auftreten.

### Erweitertes Inclusion-Exclusion Prinzip

Ein wichtiges Werkzeug zur Berechnung solcher Wahrscheinlichkeiten ist das Inklusions-Exklusions-Prinzip (inclusion-exclusion principle), das verwendet wird, um die Wahrscheinlichkeit der Vereinigung mehrerer nicht-disjunkter Ereignisse zu finden. Es lautet im Allgemeinen:

\[ P(A_1 \cup A_2 \cup ... \cup A_k) = \sum_{i=1}^{k} P(A_i) - \sum_{1 \leq i < j \leq k} P(A_i \cap A_j) + \sum_{1 \leq i < j < m \leq k} P(A_i \cap A_j \cap A_m) - ... + (-1)^{k+1} P(A_1 \cap A_2 \cap ... \cap A_k) \]

### Anwendung auf n Versuche

Um solche Wahrscheinlichkeiten über \( n \) Versuche hinweg zu kombinieren, berücksichtigt man oft komplexe Wahrscheinlichkeiten und Kombinatorik:

1. Berücksichtigung von mehrfachen gemeinsamen Ereignissen: Weil sich Ereignisse überschneiden können, sollten die Schnittmengen der diversen Kombinationen von Ereignissen berücksichtigt werden.
2. Multivariate Binomialverteilung: In Fällen, wo man die Verteilung mehrerer abhängiger und häufiger auftretender Ereignisse berücksichtigt, müssen Techniken der multivariaten Statistik und verallgemeinerten binomialen Verteilungen (z.B. Hypergeometrische Verteilungen) angewandt werden.

### Beispiel

Angenommen, wir haben zwei Ereignisse \( A \) und \( B \) mit \( P(A) = 0.6 \) und \( P(B) = 0.5 \), und die Wahrscheinlichkeit ihrer gleichzeitigen Eintretens ist \( P(A \cap B) = 0.3 \).

Die Wahrscheinlichkeit wenigstens eines dieser Ereignisse bei einem einzelnen Versuch zu beobachten ist:

\[ P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B) = 0.6 + 0.5 - 0.3 = 0.8 \]

Wenn man dies nun auf \( n \) Versuche ausdehnt, muss man die Wahrscheinlichkeit berechnen, dass eine bestimmte Anzahl von Versuchen dieses kombinierte Ereignis trifft, was deutlich komplexer wird und eine tiefergehende Analyse der möglichen Kombinationen und deren Wahrscheinlichkeiten erfordert.

### Zusammenfassung

Die erweiterte Binomialverteilung bezieht sich auf die Wahrscheinlichkeit des Auftretens mehrerer, sich möglicherweise überschneidender Ereignisse in bestimmten Versuchen. Diese Art von Analyse erfordert die Anwendung des Inklusions-Exklusions-Prinzips, Kombinatorik und gegebenenfalls Techniken der Multivariaten Statistik.

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@Steffen Könnte man Math hier im Forum aktivieren (https://xenforo.com/community/resources/math.6386/)?
 
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