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ESTO · Übungsblatt 2 · Aufgabe 3

Eine Bedingung verkleinert den Ergebnisraum

Wir wissen schon, dass das älteste Kind ein Junge ist. Dieses Wissen streicht die Hälfte aller möglichen Familien, danach wird nur noch abgezählt. Rechts steht der ganze Lösungsweg, links die Erklärung zum aktuellen Schritt. Mit Weiter geht es Schritt für Schritt voran. Ein Klick auf einen Schritt springt direkt dorthin.

Schritt 0 Die Aufgabe

Eine Familie habe vier Kinder. Das älteste Kind ist ein Junge.

  1. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass alle vier Kinder Jungen sind?
  2. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass mindestens ein Mädchen dabei ist?

Annahme: Jungen und Mädchen je 50 %, die Geburten sind voneinander unabhängig.

Ergebnisraum

vier Kinder, je zwei Möglichkeiten

Schritt 1 Der Ergebnisraum

Jedes Kind verdoppelt die Zahl der Folgen
Ω={J,M}4,∣Ω∣=24=16\Omega = \{J, M\}^{4}, \qquad |\Omega| = 2^{4} = 16

Die Bedingung einarbeiten

„das älteste Kind ist ein Junge“

Schritt 2 Die Bedingung als Ereignis

Ereignisse benennen — JiJ_i heißt: das ii-te Kind ist ein Junge
J1={ a¨ltestes Kind ist ein Junge },P(J1)=12J_1 = \{\,\text{ältestes Kind ist ein Junge}\,\}, \qquad P(J_1) = \tfrac{1}{2}

Schritt 3 Der Ergebnisraum schrumpft

Nur noch die Hälfte der Folgen ist möglich
∣J1∣=8von∣Ω∣=16|J_1| = 8 \qquad\text{von}\qquad |\Omega| = 16

(i) Alle vier sind Jungen

Definition der bedingten Wahrscheinlichkeit

Schritt 4 Das gesuchte Ereignis

Das gesuchte Ereignis
A=J1∩J2∩J3∩J4,P(A)=0,54=116=0,0625A = J_1 \cap J_2 \cap J_3 \cap J_4, \qquad P(A) = 0{,}5^{4} = \tfrac{1}{16} = 0{,}0625

Schritt 5 Die Formel ansetzen

AA liegt vollständig in J1J_1, also ist A∩J1=AA \cap J_1 = A
P(A∣J1)  =  P(A∩J1)P(J1)  =  P(A)P(J1)P(A \mid J_1) \;=\; \frac{P(A \cap J_1)}{P(J_1)} \;=\; \frac{P(A)}{P(J_1)}

Schritt 6 Ausrechnen

Einsetzen
P(A∣J1)=0,540,5=0,53=18=0,125P(A \mid J_1) = \frac{0{,}5^{4}}{0{,}5} = 0{,}5^{3} = \frac{1}{8} = 0{,}125

Schritt 7 Gegenprobe durch Abzählen

Gegenprobe durch Abzählen
P(A∣J1)=∣A∩J1∣∣J1∣=18=0,125✓P(A \mid J_1) = \frac{|A \cap J_1|}{|J_1|} = \frac{1}{8} = 0{,}125 \quad\checkmark

(ii) Mindestens ein Mädchen

das Gegenereignis von (i)

Schritt 8 Mindestens ein Mädchen

„mindestens ein Mädchen“ ist genau „nicht alle Jungen“
P(Ac∣J1)=1−P(A∣J1)=1−0,125=0,875P(A^{c} \mid J_1) = 1 - P(A \mid J_1) = 1 - 0{,}125 = 0{,}875

Schritt 9 Auch hier: einfach nachzählen

Die acht möglichen Familien Anzahl Anteil Verteilung
alle vier Jungen — JJJJ 1 0,125
mindestens ein Mädchen 7 0,875
zusammen 8 1,000

Die Stolperstelle

warum nicht einfach 0,540{,}5^{4}?

Schritt 10 Warum nicht 0,0625?

Frage Rechnung Wert
Alle vier Jungen — ohne Vorwissen 0,540{,}5^{4} 0,0625
Alle vier Jungen — wenn das älteste ein Junge ist 0,530{,}5^{3} 0,1250

Schritt 11 Ergebnis

✓(i) Alle vier Kinder Jungen: 0,125  =18=\tfrac{1}{8}
✓(ii) Mindestens ein Mädchen: 0,875  =78=\tfrac{7}{8}

Die Bedingung erledigt ein Kind bereits — es bleiben drei freie Geburten, also 0,530{,}5^{3} statt 0,540{,}5^{4}. Ohne das Vorwissen wären es nur 0,0625, halb so viel.