Difference between revisions of "Aufgaben:Exercise 1.3Z: Winning with Roulette?"

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{{quiz-Header|Buchseite=Stochastische Signaltheorie/Mengentheoretische Grundlagen}}
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{{quiz-Header|Buchseite=Theory_of_Stochastic_Signals/Set_Theory_Basics}}
  
[[File:P_ID82__Sto_Z_1_3.gif|right|frame|Betrachtete Setzsituation]]
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[[File:P_ID82__Sto_Z_1_3.gif|right|frame|Considered betting situation]]
Beim Roulette wird bei jedem Spiel mittels einer Kugel und einer Roulettescheibe eine Gewinnzahl $Z$ ermittelt, wobei wir davon ausgehen wollen, dass alle möglichen Zahlen $Z \in \{0, 1, 2, \ \text{...} \ , 36 \}$ gleichwahrscheinlich sind.
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In roulette,  a winning number  $Z$  is determined in each game by means of a ball and a roulette wheel,  where we want to assume that all possible numbers  $Z \in \{0, 1, 2, \ \text{...} \ , 36 \}$  are equally probable.
  
Die Mitspieler können nun mit unterschiedlich wertvollen Chips auf eine einzelne Zahl oder auf eine Zahlengruppe setzen. Einige der Möglichkeiten und die dazugehörigen Gewinne sollen hier kurz anhand der von einem Spieler gesetzten Chips erläutert werden (siehe Grafik):
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The players can now bet on a single number or on a group of numbers with chips of different value.  Some of the possibilities and the corresponding winnings will be briefly explained here on the basis of the chips bet by a player (see graph):
  
*Setzt ein Spieler auf eine Zahl (im Beispiel auf „0“), so bekäme er außer seinem Einsatz als Gewinn das 35-fache zurück.
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*If a player bets on a number  (in the example on "0"),  he would get back  $35$ times his stake as winnings in addition to his bet.
  
*Setzt ein Spieler auf eine Zahlengruppe mit drei Feldern (im Beispiel der1  Euro-Chip für die Zahlen von „22“ bis „24“), so bekäme er außer seinem Einsatz noch den 11-fachen Einsatz als Gewinn ausbezahlt.
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*If a player bets on a group of numbers with three fields  (in the example,  the 1-euro chip for the numbers from  "22"  to  "24"),  he would receive  $ 11$ times his stake as winnings in addition to his bet.
  
*Setzt ein Spieler auf eine Zahlengruppe mit 18 Feldern (beispielsweise die 10 Euro-Chips auf „Rot“, auf „Impair“ und auf „Passe“), so erhält er außer seinem Einsatz als Gewinn nochmals den gleichen Betrag zurück.  
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*If a player bets on a group of numbers with  $ 18$  fields  (for example,  the 10-euro chips on  "Rouge",  on  "Impair"  and on  "Passe"),  he will receive the same amount back as winnings in addition to his bet.  
*Gehört die gezogene Zahl nicht zu einer der von ihm besetzten Felder, so ist sein Einsatz natürlich verloren.
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*If the number drawn does not belong to one of the squares he occupies,  his bet is lost.
  
  
  
  
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Hints:
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*The exercise belongs to the chapter  [[Theory_of_Stochastic_Signals/Set_Theory_Basics|Set Theory Basics]].
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*'''Enter any losses as negative winnings'''  in the following questions.
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*The topic of this chapter is illustrated with examples in the   (German language)   learning video
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:[[Mengentheoretische_Begriffe_und_Gesetzmäßigkeiten_(Lernvideo)|Mengentheoretische Begriffe und Gesetzmäßigkeiten]]   $\Rightarrow$   "Set-Theoretical Concepts and Laws".
  
''Hinweise:''
 
*Die Aufgabe gehört zum  Kapitel [[Stochastische_Signaltheorie/Mengentheoretische_Grundlagen|Mengentheoretische Grundlagen]].
 
 
*Geben Sie bei den folgenden Fragen eventuelle Verluste als negative Gewinne ein.
 
*Eine Zusammenfassung der theoretischen Grundlagen mit Beispielen bringt das nachfolgende Lernvideo:
 
:[[Klassische_Definition_der_Wahrscheinlickeit_(Lernvideo)|Mengentheoretische Begriffe und Gesetzmäßigkeiten]]]
 
  
 
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===Questions===
===Fragebogen===
 
  
 
<quiz display=simple>
 
<quiz display=simple>
{Ein Spieler setzt gleichzeitig je einen 1 Euro-Chip auf die Felder „0“, „Rot“ und „Schwarz“. Wie groß ist sein mittlerer Gewinn pro Spiel?
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{A player simultaneously places one 1-euro chip on each of the squares&nbsp; "0",&nbsp; "Red"&nbsp; and&nbsp; "Black".&nbsp; What are his average winnings per game?
 
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|type="{}"}
$G_1 \ =\ $  { -0.083--0.079 } $\ \rm Euro$
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$G_1 \ =\ $  { -0.083--0.079 } $\ \rm euro$
  
{Wieviel gewinnt er im Mittel pro Spiel, wenn er stets je 1 Euro auf „Rot“ und „Schwarz“ setzt?
+
{How much does he win on average per game if he always places one&nbsp; $1$&nbsp; Euro chip on each of the squares&nbsp; "Red"&nbsp; and&nbsp; "Black"?
 
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$G_2 \ =\ $ { -0.056--0.052 } $\ \rm Euro$
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$G_2 \ =\ $ { -0.056--0.052 } $\ \rm euro$
  
{Wieviel gewinnt er im Mittel pro Spiel, wenn er stets 1 Euro auf „0“ und 10 Euro auf „Rot“ setzt?
+
{How much does he win on average per game if he always bets&nbsp; $1$&nbsp; Euro on&nbsp; "0"&nbsp; and&nbsp; $10$&nbsp; Euro on&nbsp; "Red"?
 
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$G_3 \ =\ $  { -0.307--0.287 } $\ \rm Euro$
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$G_3 \ =\ $  { -0.307--0.287 } $\ \rm euro$
  
{Der Spieler setzt wie im Bild gezeigt. &nbsp; Auf welche Zahl $Z_{\rm Wunsch}$ sollte er hoffen? Wie groß wäre dann sein Gewinn?
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{The player bets as shown in the picture. &nbsp; Which number&nbsp; $Z_{\rm desire}$&nbsp;  should he be hoping for?&nbsp; How big would his winnings be then?
 
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|type="{}"}
$Z_{\rm Wunsch} \ = \ $ { 23 }
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$Z_{\rm desire} \ = \ $ { 23 }
$G_4 \ =\ $ { 40 3% } $\ \rm Euro$
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$G_4 \ =\ $ { 40 3% } $\ \rm euro$
  
{Gibt es eine Setzkombination, so dass der mittlere Gewinn positiv ist?
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{Is there a betting combination such that the average winnings are positive?
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- Ja &nbsp; &rArr; &nbsp; Studium beenden, in die nächste Spielbank gehen.
+
- Yes &nbsp; &rArr; &nbsp; Quit university and go to the next casino.
+ Nein &nbsp; &rArr; &nbsp; Weitermachen mit LNTwww.
+
+ No &nbsp; &rArr; &nbsp; Continue with $\rm LNTwww$.
  
  
 
</quiz>
 
</quiz>
  
===Musterlösung===
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===Solution===
 
{{ML-Kopf}}
 
{{ML-Kopf}}
'''(1)'''&nbsp; Der Spieler verliert jeweils 1 Euro, wenn eine der Zahlen $1$ bis $36$ gezogen wird. Er gewinnt 33 Euro, wenn tats&auml;chlich die $0$ getroffen wird. Daraus folgt:
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'''(1)'''&nbsp; The player loses one euro each time if one of the numbers&nbsp; $1$&nbsp; to&nbsp; $36$&nbsp; is drawn.  
:$$G_1 =\rm  {36}/{37}\cdot (-1\hspace{0.1cm} Euro) + {1}/{37}\cdot (33\hspace{0.1cm} Euro) \hspace{0.15cm}\underline {= - 0.081\hspace{0.1cm} Euro\hspace{0.1cm}(Verlust)}.$$
+
*He wins&nbsp; $33$&nbsp; euro,&nbsp; if&nbsp; $0$&nbsp; is drawn.&nbsp; It follows that:
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:$$G_1 =\rm  {36}/{37}\cdot (-1\hspace{0.1cm} euro) + {1}/{37}\cdot (33\hspace{0.1cm} euro) \hspace{0.15cm}\underline {= - 0.081\hspace{0.1cm} euro\hspace{0.1cm}(Loss)}.$$
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'''(2)'''&nbsp;  The player wins and loses nothing unless the zero is drawn.&nbsp; If the zero appears,&nbsp; he loses his bet:
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:$$G_2 = \rm {1}/{37}\cdot (-2\hspace{0.1cm} euro)\hspace{0.15cm}\underline { = -0.054 \hspace{0.1cm}euro \hspace{0.1cm}(Loss)}.$$
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'''(3)'''&nbsp; If&nbsp; "red"&nbsp; is drawn,&nbsp; he wins nine euro.
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*If&nbsp; "zero" comes,&nbsp; he effectively wins&nbsp; $25$&nbsp; euro.
 +
*If&nbsp; "black"&nbsp; is drawn,&nbsp; he loses his entire bet of&nbsp; $11$&nbsp; euro:
 +
:$$G_3 = \rm {18}/{37}\cdot (10 -1) + {1}/{37}\cdot (35-10) + {18}/{37}\cdot (-10-1)\hspace{0.15cm}\underline { = - 0.297\hspace{0.1cm}euro}.$$
 +
 
  
'''(2)'''&nbsp; Der Spieler gewinnt und verliert nichts, wenn nicht die Null gezogen wird. Erscheint die Null, so verliert er seinen Einsatz:  
+
'''(4)'''&nbsp; He gets the highest winning at&nbsp; $Z_{\rm desire} \;  \underline{ = 23} $.&nbsp; Then four of his five chips win:
:$$G_2 = \rm {1}/{37}\cdot (-2\hspace{0.1cm} Euro)\hspace{0.15cm}\underline { = -0.054 \hspace{0.1cm}Euro \hspace{0.1cm}(Verlust)}.$$
+
:$$G_4 = \rm 10\hspace{0.1cm}(Red) + 10\hspace{0.1cm}(Passe) + 10\hspace{0.1cm}(Impair) + 
 +
\rm 11\hspace{0.1cm}(between \hspace{0.1cm}22\hspace{0.1cm} and \hspace{0.1cm}24) - 1 \hspace{0.1cm}(not \hspace{0.1cm}0) \hspace{0.15cm}\underline {= 40 \hspace{0.1cm}euro}.$$
 +
*If,&nbsp; on the other hand,&nbsp; the&nbsp; "zero"&nbsp; comes,&nbsp; he wins only&nbsp; $\rm 35 - 31 = 4 \ euro$.
  
'''(3)'''&nbsp; Kommt &bdquo;Rot&rdquo;, so gewinnt er 9 Euro. Kommt die Null, gewinnt er effektiv 25 Euro. Wird &bdquo;Schwarz&rdquo; gezogen, so verliert er seinen gesamten Einsatz von 11 Euro:
 
:$$G_3 = \rm {18}/{37}\cdot (10 -1) + {1}/{37}\cdot (35-10) + {18}/{37}\cdot (-10-1)\hspace{0.15cm}\underline { = - 0.297\hspace{0.1cm}Euro}.$$
 
  
'''(4)'''&nbsp; Den h&ouml;chsten Gewinn erzielt er bei $Z_{\rm Wunsch} \;  \underline{ = 23} $. Dann gewinnen vier seiner fünf Chips:
 
:$$G_4 = \rm 10\hspace{0.1cm}(da\hspace{0.1cm} Rot ) + 10\hspace{0.1cm}(da\hspace{0.1cm} Passe) + 10\hspace{0.1cm}(da \hspace{0.1cm} Impair) + 
 
\rm 11\hspace{0.1cm}(da\hspace{0.1cm}zwischen \hspace{0.1cm}22\hspace{0.1cm} und \hspace{0.1cm}24) - 1 \hspace{0.1cm}(da \hspace{0.1cm}nicht \hspace{0.1cm}0) \hspace{0.15cm}\underline {= 40 \hspace{0.1cm}Euro}.$$
 
:Kommt dagegen die Null, so gewinnt er lediglich $\rm 35 - 31 = 4 \ Euro$.
 
  
'''(5)'''&nbsp; <u>Nein, leider nicht. Im statistischen Mittel gewinnt immer die Bank</u>.
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'''(5)'''&nbsp; '''No,&nbsp; unfortunately not.&nbsp;  On statistical average,&nbsp; the house always wins'''.
 
{{ML-Fuß}}
 
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[[Category:Aufgaben zu Stochastische Signaltheorie|^1.2 Mengentheoretische Grundlagen
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[[Category:Theory of Stochastic Signals: Exercises|^1.2 Set Theory Basics
 
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Latest revision as of 15:52, 25 November 2021

Considered betting situation

In roulette,  a winning number  $Z$  is determined in each game by means of a ball and a roulette wheel,  where we want to assume that all possible numbers  $Z \in \{0, 1, 2, \ \text{...} \ , 36 \}$  are equally probable.

The players can now bet on a single number or on a group of numbers with chips of different value.  Some of the possibilities and the corresponding winnings will be briefly explained here on the basis of the chips bet by a player (see graph):

  • If a player bets on a number  (in the example on "0"),  he would get back  $35$ times his stake as winnings in addition to his bet.
  • If a player bets on a group of numbers with three fields  (in the example,  the 1-euro chip for the numbers from  "22"  to  "24"),  he would receive  $ 11$ times his stake as winnings in addition to his bet.
  • If a player bets on a group of numbers with  $ 18$  fields  (for example,  the 10-euro chips on  "Rouge",  on  "Impair"  and on  "Passe"),  he will receive the same amount back as winnings in addition to his bet.
  • If the number drawn does not belong to one of the squares he occupies,  his bet is lost.



Hints:

  • The exercise belongs to the chapter  Set Theory Basics.
  • Enter any losses as negative winnings  in the following questions.
  • The topic of this chapter is illustrated with examples in the  (German language)  learning video
Mengentheoretische Begriffe und Gesetzmäßigkeiten   $\Rightarrow$   "Set-Theoretical Concepts and Laws".


Questions

1

A player simultaneously places one 1-euro chip on each of the squares  "0",  "Red"  and  "Black".  What are his average winnings per game?

$G_1 \ =\ $

$\ \rm euro$

2

How much does he win on average per game if he always places one  $1$  Euro chip on each of the squares  "Red"  and  "Black"?

$G_2 \ =\ $

$\ \rm euro$

3

How much does he win on average per game if he always bets  $1$  Euro on  "0"  and  $10$  Euro on  "Red"?

$G_3 \ =\ $

$\ \rm euro$

4

The player bets as shown in the picture.   Which number  $Z_{\rm desire}$  should he be hoping for?  How big would his winnings be then?

$Z_{\rm desire} \ = \ $

$G_4 \ =\ $

$\ \rm euro$

5

Is there a betting combination such that the average winnings are positive?

Yes   ⇒   Quit university and go to the next casino.
No   ⇒   Continue with $\rm LNTwww$.


Solution

(1)  The player loses one euro each time if one of the numbers  $1$  to  $36$  is drawn.

  • He wins  $33$  euro,  if  $0$  is drawn.  It follows that:
$$G_1 =\rm {36}/{37}\cdot (-1\hspace{0.1cm} euro) + {1}/{37}\cdot (33\hspace{0.1cm} euro) \hspace{0.15cm}\underline {= - 0.081\hspace{0.1cm} euro\hspace{0.1cm}(Loss)}.$$


(2)  The player wins and loses nothing unless the zero is drawn.  If the zero appears,  he loses his bet:

$$G_2 = \rm {1}/{37}\cdot (-2\hspace{0.1cm} euro)\hspace{0.15cm}\underline { = -0.054 \hspace{0.1cm}euro \hspace{0.1cm}(Loss)}.$$


(3)  If  "red"  is drawn,  he wins nine euro.

  • If  "zero" comes,  he effectively wins  $25$  euro.
  • If  "black"  is drawn,  he loses his entire bet of  $11$  euro:
$$G_3 = \rm {18}/{37}\cdot (10 -1) + {1}/{37}\cdot (35-10) + {18}/{37}\cdot (-10-1)\hspace{0.15cm}\underline { = - 0.297\hspace{0.1cm}euro}.$$


(4)  He gets the highest winning at  $Z_{\rm desire} \; \underline{ = 23} $.  Then four of his five chips win:

$$G_4 = \rm 10\hspace{0.1cm}(Red) + 10\hspace{0.1cm}(Passe) + 10\hspace{0.1cm}(Impair) + \rm 11\hspace{0.1cm}(between \hspace{0.1cm}22\hspace{0.1cm} and \hspace{0.1cm}24) - 1 \hspace{0.1cm}(not \hspace{0.1cm}0) \hspace{0.15cm}\underline {= 40 \hspace{0.1cm}euro}.$$
  • If,  on the other hand,  the  "zero"  comes,  he wins only  $\rm 35 - 31 = 4 \ euro$.


(5)  No,  unfortunately not.  On statistical average,  the house always wins.