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Aufgabe:

Person A hat einen 20-seitigen Würfel und Person B hat drei 6-seitige Würfel. Beide würfeln und wer die größere Zahl/Zahlensumme hat, gewinnt das Spiel. Ist es ein faires Spiel?


Problem/Ansatz:

… Wenn Person A eine 19 oder 20 würfelt hat sie immer gewonnen, egal was Spieler B würfelt. Wenn Person A eine 1 oder 2 würfelt hat sie, egal was Spieler B würfelt, immer verloren. Person A hat mit ihrem Würfel zwar eine höhere Chance eine 18 zu würfeln (1/20), während die Wahrscheinlichkeit bei Spieler B (1/6)^3 beträgt, dafür hat Person A aber auch eine höhere Chance eine 3 zu würfeln. Das Spiel könnte also fair sein. Wie könnte man hier mathematisch am besten rangehen, um zu beweisen ob das Spiel nun fair ist oder nicht?

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durch Vergleich der Erwartungswerte

was ist bei gleichstand?

durch Vergleich der Erwartungswerte erreicht man überhaupt nichts

durch Vergleich der Erwartungswerte erreicht man überhaupt nichts

Aber wenn man weiß das beide Verteilungen symmetrisch zum Erwartungswert liegen, dann sagt uns das hier das A genauso oft gewinnt wie das A verliert.

Bei nicht-symmetrischen Verteilungen wie z.B. der Exponentialverteilung langt es allerdings nicht die Erwartungswerte zu vergleichen.

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Aloha :)

Die Summe für den Wurf von zwei 6-seitigen Würfeln können wir so darstellen:$$\begin{array}{c|cccccc} & 1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 6\\\hline1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 & 7\\2 & 3 & 4 & 5 & 6 & 7 & 8\\3 & 4 & 5 & 6 & 7 & 8 & 9\\4 & 5 & 6 & 7 & 8 & 9 & 10\\5 & 6 & 7 & 8 & 9 & 10 & 11\\6 & 7 & 8 & 9 & 10 & 11 & 12\end{array}$$Das ergibt folgende Summenhäufigkeiten:$$\pink{\begin{array}{l|ccccccccccc}\text{Summe} & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 & 7 & 8 & 9 & 10 & 11 & 12\\\hline\text{Häufigkeit} & 1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 & 5 & 4 & 3 & 2 &1\end{array}}$$

Jetzt nehmen wir den dritten Würfel hinzu:

Der dritte Würfel ist eine "1":$$\begin{array}{l|ccccccccccc}\text{Summe} & 3 & 4 & 5 & 6 & 7 & 8 & 9 & 10 & 11 & 12 & 13\\\hline\text{Häufigkeit} & 1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 & 5 & 4 & 3 & 2 &1\end{array}$$

Der dritte Würfel ist eine "2":$$\begin{array}{l|ccccccccccc}\text{Summe} & 4 & 5 & 6 & 7 & 8 & 9 & 10 & 11 & 12 & 13 & 14\\\hline\text{Häufigkeit} & 1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 & 5 & 4 & 3 & 2 &1\end{array}$$

Der dritte Würfel ist eine "3":$$\begin{array}{l|ccccccccccc}\text{Summe} & 5 & 6 & 7 & 8 & 9 & 10 & 11 & 12 & 13 & 14 & 15\\\hline\text{Häufigkeit} & 1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 & 5 & 4 & 3 & 2 &1\end{array}$$

Der dritte Würfel ist eine "4":$$\begin{array}{l|ccccccccccc}\text{Summe} & 6 & 7 & 8 & 9 & 10 & 11 & 12 & 13 & 14 & 15 & 16\\\hline\text{Häufigkeit} & 1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 & 5 & 4 & 3 & 2 &1\end{array}$$

Der dritte Würfel ist eine "5":$$\begin{array}{l|ccccccccccc}\text{Summe} & 7 & 8 & 9 & 10 & 11 & 12 & 13 & 14 & 15 & 16 & 17\\\hline\text{Häufigkeit} & 1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 & 5 & 4 & 3 & 2 &1\end{array}$$

Der dritte Würfel ist eine "6":$$\begin{array}{l|ccccccccccc}\text{Summe} & 8 & 9 & 10 & 11 & 12 & 13 & 14 & 15 & 16 & 17 & 18\\\hline\text{Häufigkeit} & 1 & 2 & 3 & 4 & 5 & 6 & 5 & 4 & 3 & 2 &1\end{array}$$

Für den Wurf mit 3 Würfeln erhalten wir daraus folgende Summenhäufigkeiten:$$\pink{\begin{array}{r|r|r}\text{Wert} & \text{Häufigkeit} & =\\\hline 3 & 1 & 1\\4 & 2+1 & 3\\5 & 3+2+1 & 6\\6 & 4+3+2+1 & 10\\7 & 5+4+3+2+1 & 15\\8 & 6+5+4+3+2+1 & 21\\9 & 5+6+5+4+3+2 & 25\\10 & 4+5+6+5+4+3 & 27\\11 & 3+4+5+6+5+4 & 27\\12 & 2+3+4+5+6+5 & 25\\13 & 1+2+3+4+5+6 & 21\\14 & 1+2+3+4+5 & 15\\15 & 1+2+3+4 & 10\\16 & 1+2+3 & 6\\17 & 1+2 & 3\\18 & 1 & 1\end{array}}$$

Jetzt spielen wir und schauen, mit welcher Wahrscheinlichkeit der 20er-Würfel gewinnt, das Spiel untentschieden ausgeht oder der 20er-Würfel verliert:$$\begin{array}{c}\text{20-er Würfel} & \text{Gewinn-W} & \text{Unentsch.-W} & \text{Verlust-W}\\\hline\\[-2ex]20 & \frac{216}{216} & \frac{0}{216} & \frac{0}{216}\\[1ex]19 & \frac{216}{216} & \frac{0}{216} & \frac{0}{216}\\[1ex]18 & \frac{215}{216} & \frac{1}{216} & \frac{0}{216}\\[1ex]17 & \frac{212}{216} & \frac{3}{216} & \frac{1}{216}\\[1ex]16 & \frac{206}{216} & \frac{6}{216} & \frac{4}{216}\\[1ex]15 & \frac{196}{216} & \frac{10}{216} & \frac{10}{216}\\[1ex]14 & \frac{181}{216} & \frac{15}{216} & \frac{20}{216}\\[1ex]13 & \frac{160}{216} & \frac{21}{216} & \frac{35}{216}\\[1ex]12 & \frac{135}{216} & \frac{25}{216} & \frac{56}{216}\\[1ex]11 & \frac{108}{216} & \frac{27}{216} & \frac{81}{216}\\[1ex]10 & \frac{81}{216} & \frac{27}{216} & \frac{108}{216}\\[1ex]9 & \frac{56}{216} & \frac{25}{216} & \frac{135}{216}\\[1ex]8 & \frac{35}{216} & \frac{21}{216} & \frac{160}{216}\\[1ex]7 & \frac{20}{216} & \frac{15}{216} & \frac{181}{216}\\[1ex]6 & \frac{10}{216} & \frac{10}{216} & \frac{196}{216}\\[1ex]5 & \frac{4}{216} & \frac{6}{216} & \frac{206}{216}\\[1ex]4 & \frac{1}{216} & \frac{3}{216} & \frac{4}{212}\\[1ex]3 & \frac{0}{216} & \frac{1}{216} & \frac{215}{216}\\[1ex]2 & \frac{0}{216} & \frac{0}{216} & \frac{216}{216}\\[1ex]1 & \frac{0}{216} & \frac{0}{216} & \frac{216}{216}\end{array}$$

Addieren wir die Spalten und dividieren die jeweiligen Ergebnisse durch \(20\), weil die Eintrittswahrscheinlichkeit jeder Zeile \(\frac{1}{20}\) ist, erhalten wir folgende Ergebnisse:$$p(\text{20er-Würfel gewinnt})=0,475$$$$p(\text{untentschieden})=0,05$$$$p(\text{20er-Würfel verliert})=0,475$$

Fairer kann ein Spiel nicht sein\(\quad\checkmark\)

Avatar von 148 k 🚀
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Ich hab keinen Plan, wie man mit den Gleichständen umgehen soll,

deshalb ein paar Simulationen

\( \left[\begin{array}{ccr}\\ n& W3 & W20 & W3=W20\\100.000.000&47495726&47504534 & 4999739 \\ & 0,4750 & 0,4750 & 0,0500 \end{array}\right] \)

ergeben schon mal ein Muster

Avatar von 21 k

Sehr schön gemacht. Ich kann die genäherten Wahrscheinlichkeiten durch eine exakte Rechnung bestätigen.

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Du kannst, wie döschwo gesagt hat, die Erwartungswerte vergleichen unter der Voraussetzung, dass du weißt, wie die Verteilung um die Erwartungswerte herum liegt. In diesem Fall sind die Wahrscheinlichkeitsverteilungen symmetrisch zum Erwartungswert.

Letztendlich kannst du auch die Wahrscheinlichkeitsverteilungen aufschreiben und damit die Wahrscheinlichkeiten berechnen, dass A gegen B gewinnt, A gegen B verliert und A gegen B unentschieden spielt

P(A gewinnt gegen B) = 1/216·17/20 + 3/216·16/20 + 6/216·15/20 + 10/216·14/20 + 15/216·13/20 + 21/216·12/20 + 25/216·11/20 + 27/216·10/20 + 27/216·9/20 + 25/216·8/20 + 21/216·7/20 + 15/216·6/20 + 10/216·5/20 + 6/216·4/20 + 3/216·3/20 + 1/216·2/20 = 19/40

P(A spielt unentschieden gegen B) = 1/216·1/20 + 3/216·1/20 + 6/216·1/20 + 10/216·1/20 + 15/216·1/20 + 21/216·1/20 + 25/216·1/20 + 27/216·1/20 + 27/216·1/20 + 25/216·1/20 + 21/216·1/20 + 15/216·1/20 + 10/216·1/20 + 6/216·1/20 + 3/216·1/20 + 1/216·1/20 = 2/40

P(A verliert gegen B) = 1 - 19/40 - 2/40 = 19/40

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