Ekstrapolasjon. Minste kvadraters metode. Minste kvadraters metode på matriseform. Implementering

Like dokumenter
Ekstrapolasjon. Minste kvadraters metode

R1 kapittel 1 Algebra

Chebyshev interpolasjon

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamen høsten 2015 Løsninger

FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I, løsning øving 10 1 LØSNING ØVING 10

1 Mandag 25. januar 2010

75045 Dynamiske systemer 3. juni 1997 Løsningsforslag

Løsningsforslag Kollokvium 6

x 1, x 2,..., x n. En lineær funksjon i n variable er en funksjon f(x 1, x 2,..., x n ) = a 1 x 1 + a 2 x a n x n,

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 8 Numerisk integrasjon

S1 kapittel 6 Derivasjon Løsninger til oppgavene i boka

Chebyshev interpolasjon

S1 kapittel 4 Logaritmer Løsninger til oppgavene i boka

Newtonpolynomer med senterpunkter x0, x1,..., xn-1

Integralregning. Mål. for opplæringen er at eleven skal kunne

Mer øving til kapittel 3

DEL 1 Uten hjelpemidler

DEL 1 Uten hjelpemidler

Fag: Matematikk 1T-Y for yrkesfag for elever og privatisterr. Eksamensdato: 16. januar 2012

a 2πf(x) 1 + (f (x)) 2 dx.

5: Algebra. Oppgaver Innhold Dato

Løsningsforslag til prøveeksamen Mat1110 våren 2004 Oppgave 1 (a) Elemetære rekkeoperasjoner anvendt på den utvidete matrisen til systemet gir oss:

Tangenten svarer til lineær approksimasjon av funksjonen. Likningen for tangenten finnes derfor fra 1. ordens Taylorutvikling:

Eksamen høsten 2016 Løsninger

Kvadratur. I(f) = f(x)dx.

E K S A M E N. Matematikk 3MX. Elevar/Elever Privatistar/Privatister. AA6524/AA desember 2004 UTDANNINGSDIREKTORATET

DEL 1 Uten hjelpemidler

Løsningsforslag Kollokvium 1

Praktiske opplysninger til rektor. Fag: MATEMATIKK 1TY for yrkesfag Fagkode: MAT1006 Eksamensdato: Antall forberedelsesdager: Ingen

1P kapittel 3 Funksjoner

Sammendrag kapittel 1 - Aritmetikk og algebra

Eksamen våren 2018 Løsninger

Høgskolen i Bergen. Formelsamling. for. ingeniørutdanningen. FOA150 høsten 2006 fellespensum. 3.utgave

Numerisk kvadratur. PROBLEM STILLING: Approksimér. f(x)dx. I(f) = hvor f : R R. Numerisk sett, integralet I(f) = b. f(x)dx approksimeres med en summe

2P kapittel 5 Eksamenstrening

Forkunnskaper i matematikk for fysikkstudenter. Integrasjon.

Bioberegninger - notat 3: Anvendelser av Newton s metode

Terminprøve Matematikk Påbygging høsten 2014

Integrasjon del 2. October 15, Department of Mathematical Sciences, NTNU, Norway. Integrasjon

MAT 1110: Løsningsforslag til obligatorisk oppgave 2, V-06

Årsprøve trinn Del 2

1T kapittel 3 Funksjoner Løsninger til oppgavene i læreboka

Nøtterøy videregående skole

Fasit til utvalgte oppgaver MAT1100, uka 20-24/9

Fasit. Grunnbok. Kapittel 4. Bokmål

LØSNINGSFORSLAG(Sensor) I TMA4140 og MA0302

Vår 2004 Ordinær eksamen

Diskretisering av 1D - varmelikningen

DEL 1 Uten hjelpemidler

Løsningsforslag Eksamen 30. mai 2007 FY2045 Kvantefysikk

EKSAMEN. ANTALL SIDER UTLEVERT: 7 (innkl. forside og 2 sider formelark)

9 Potenser. Logaritmer

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamen høsten 2015 Løsninger

Tall i arbeid Påbygging terminprøve våren 2013

Tall i arbeid Påbygging terminprøve våren 2014

DEL 1 Uten hjelpemidler

DEL 1 Uten hjelpemidler

FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I, øving 10 1 ØVING 10

Kinematikk i to og tre dimensjoner

MAT 100A: Mappeeksamen 4

Eksempeloppgaver 2014 Løsninger

Nytt skoleår, nye bøker, nye muligheter!

Kalkulus 2. Volum av et omdreiningslegeme. Rotasjon rundt x-aksen

Eksamen R2, Va ren 2014, løsning

1 Mandag 18. januar 2010

Sem 1 ECON 1410 Halvor Teslo

S1 kapittel 8 Eksamenstrening Løsninger til oppgavene i læreboka

STATISTIKK, KOMBINATORIKK OG SANNSYNLIGHET

Fag: Matematikk 1T-Y for elever og privatister. Antall sider i oppgaven: 8 inklusiv forside og opplysningsside

Høgskolen i Oslo og Akershus. a) Finn den deriverte av disse funksjonene: b) Finn disse ubestemte integralene: c) Finn disse bestemte integralene:

Oppfriskningskurs i matematikk 2007

DEL 1 Uten hjelpemidler

UNIVERSITETET I OSLO

Formelsamling i matematikk

1 Algebra. 1 Skriv disse uttrykkene så enkelt som mulig: a) 2(a + 3) (3 + 3a) b) 2(1 a) + a(2 + a) c) 1 + 2(1 3a) + 5a d) 4a 3ab 2(a 5b) + 3(ab 2b)

UNIVERSITETET I OSLO

1 Tallregning og algebra

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Lsningsforslag til ving 8. a =

R1 kapittel 6 Vektorer. Løsninger til oppgavene i boka Løsninger til oppgavene i boka

Integrasjon Skoleprosjekt MAT4010

Kapittel 4 Tall og algebra Mer øving

dx = 1 2y dy = dx/ x 3 y3/2 = 2x 1/2 + C 1

Løsningsforslag til Eksamen i fag MA1103 Flerdimensjonal analyse

Løsningsforslag til obligatorisk oppgave i ECON 2130

Forkunnskaper i matematikk for fysikkstudenter. Trigonometri. Omregning mellom grader og radianer skjer etter formelen nedenfor:

M2, vår 2008 Funksjonslære Integrasjon

Øving 6 Tallfølger og differenslikninger

UNIVERSITETET I OSLO

Øving 4: Coulombs lov. Elektrisk felt. Magnetfelt.

R1 kapittel 8 Eksamenstrening

Numerisk matematikk. Fra Matematikk 3MX (2002) Side

1 Mandag 1. mars 2010

Oppgave N2.1. Kontantstrømmer

Kapittel 8 TUTORIALS-CASES

2P kapittel 2 Modellering Løsninger til innlæringsoppgavene

Brøkregning og likninger med teskje

a 5 (2 + 8) d 5 (2 + 8) 4 g b 3 5 (2 + 8) e h 3 ( ) j Begrunn hvorfor du ikke får samme svar på oppgave b og g.

Løsningsforslag Eksamen S2, høsten 2016 Laget av Tommy Odland Dato: 27. januar 2017

Transkript:

Ekstrpolsjon Minste kvdrters metode Implementering lsm@dt_d := ModuleB8c, c, c, c<, n = Length@dtD - ; c = 0; c = 0; c = 0; c = 0; For@i = 0, i n, ++i, c += x@id; c += x@id x@id; c += y@id; c += x@id y@id; D; g = c * c - c * Hn + L; c * c - c * c = ; g = c * c - c * Hn + L ; g F Print@"Beste rette linje gjennom dtpunktene: y = " + + * "x"d Minste kvdrters metode på mtriseform Ant vi hr tre oservsjoner Hx0, L, Hx, y L, Hx, y L som vi forventer skl ligge på en rett linje. Likningene () og () med n = kn d skrives: H + + L + Hx0 + x + x L = + y + y Hx0 + x + x L + Ix0 + x + x M = x0 + x y + x y Vi sier t likningene er skrevet på normlform. Likningssystemet kn skrives på mtriseform: M= ++ x0 + x + x x0 + x + x x0 + x + x,u= + y + y, v= Þ M.u = v x0 + x y + x y Videre er det lurt å definerer ny mtrise og nye vektorer: x0 A = x, x =, y = y. y x

Likningssystemet kn skrives på mtriseform: + metode + oppg x0fsit.n + x + x Minste kvdrters M= x0 + x + x x0 + x + x,u= + y + y, v= Þ M.u = v x0 + x y + x y Videre er det lurt å definerer ny mtrise og nye vektorer: x0 A = x, x =, y = y. y x Den trnsponerte mtrisen til A er gitt ved AT =. x0 x x Vi får følgende resultt: AT. A = M og AT. y = v Vårt likningssystem kn derfor formuleres på formen M.u = v AT. A. x = AT. y Fordelen med å innføre mtrisen A og vektoren y, er t disse er lette å skrive opp. Grunnen er t de inneholder re kjente verdier. Vi trenger ikke gjennomføre eregninger for å sette opp A og y. Metoden lr seg lett generlisere til n målepunkter: x0 y x A=, y=»»» yn xn Mtrisen AT. A er kvdrtisk, og hr en invers mtrise så snt determinnten er ulik null. Dette gir oss løsningen x= - = IAT. AM AT. y Polynomer v høyere grd En ll lir skutt loddrett oppover. Vi oserverer posisjonen ved ulike tidspunkter. Fr meknikkpensumet kjenner vi evegelseslikningen shtl = v0 t + t der v0 er strthstighet og er konstnt kselersjon. Våre dtpunkter skulle derfor teoretisk ligge på en prel. Vi vil estemme den este kurven ved minste kvdrters metode. Målt verdi er Hti, si L og teoretisk verdi er yi = + Β xi + Γ xi Χ H,, cl = Úni=0 I + Β xi + Γ xi - yi M Χ = Úni=0 I + Β xi + c xi - yi M = Úni=0 + Β Úni=0 xi + ý Úni=0 xi - Úni=0 yi = 0 Þ Hn + L + Β Úni=0 xi + ý Úni=0 xi - Úni=0 yi = 0 HL Χ = Úni=0 I + Β xi + Γ xi - yi M xi = Úni=0 xi + Úni=0 xi + Γ Úni=0 xi - Úni=0 xi yi = 0 Þ Úni=0 xi + Β Úni=0 xi + Γ Úni=0 xi - Úni=0 xi yi = 0 HL Χ c = Úni=0 I + Β xi + Γ xi - yi M xi = Úni=0 xi + Β Úni=0 xi + Γ Úni=0 xi - Úni=0 xi yi = 0 Þ Úni=0 xi + Β Úni=0 xi + Γ Úni=0 xi - Úni=0 xi yi = 0 HL

Målt verdi er Hti, si L og teoretisk verdi er yi = + Β xi + Γ xi Χ H,, cl = Χ Úni=0 I + Β xi + Γ xi - yi M Minste kvdrters metode oppg fsit.n = Úni=0 I + Β xi + c xi - yi M = Úni=0 + Β Úni=0 xi + ý Úni=0 xi - Úni=0 yi = 0 Þ Hn + L + Β Úni=0 xi + ý Úni=0 xi - Úni=0 yi = 0 HL Χ = Úni=0 I + Β xi + Γ xi - yi M xi = Úni=0 xi + Úni=0 xi + Γ Úni=0 xi - Úni=0 xi yi = 0 Þ Úni=0 xi + Β Úni=0 xi + Γ Úni=0 xi - Úni=0 xi yi = 0 HL Χ c = Úni=0 I + Β xi + Γ xi - yi M xi = Úni=0 xi + Β Úni=0 xi + Γ Úni=0 xi - Úni=0 xi yi = 0 Þ Úni=0 xi + Β Úni=0 xi + Γ Úni=0 xi - Úni=0 xi yi = 0 HL Uttrykkene for, Β og Γ lir kompliserte, men skriver vi likningssettet () -() på mtriseform og gjentr resonnementene ovenfor i det lineære tilfellet, finner vi t likningssettet kn skrives: x0 x0 IAT. A M x = AT.y der x x A=, x=»»» xn xn Β, Γ y y=» yn Eksempel Vi foretr oservsjoner v evegelsen med /0 s mellomrom. dt = 880.,.0<, 80.,.<, 80.9,.<, 8., 0.9<, 8., 8.<, 8.8,.<<; 0. 0. 0. 0. A = 0.9 0.9.. ; y =...8.8 Β Γ.0.. ; 0.9 8.. = Inverse@Trnspose@AD.AD. Trnspose@AD.y 0.9. -.70 Strtposisjon, strtfrt og kselersjon lir: s0 = = 0.9 m v0 = Β =. m/s = Γ = -. m/s Siden > g = 9.8 m/s er det rimelig å nt t det også virker luftmotstnd. Posisjonen ved tiden t er derfor gitt ved: shtl = 0.9 +. t -. t Uttrykket gjelder re så lenge llen er på vei oppover, siden luftmotstnden lltid virker mot evegelsen.

Minste kvdrters metode oppg fsit.n Siden > g = 9.8 m/s er det rimelig å nt t det også virker luftmotstnd. Posisjonen ved tiden t er derfor gitt ved: shtl = 0.9 +. t -. t Uttrykket gjelder re så lenge llen er på vei oppover, siden luftmotstnden lltid virker mot evegelsen. lp = ListPlot@dt, PlotStyle 8PointSize@0.0D, Red<, AxesOrigin 80, 0<D; line = PlotA -.7 t +. t + 0.9, 8t, 0, <, AxesOrigin 80, 0<E; Show@lp, line, AxesLel 8"t", "sl"<, PlotRnge AllD sl 0 0 0 0 0 t 0..0..0 Mthemtic hr kommndoer som håndterer tilpsning v vilkårlig grd : FitAdt, 9, t, t =, te -.70 t +. t + 0.9 Eksponentiell smmenheng Dersom vi forventer en eksponensiell smmenheng mellom x og y kn vi skrive y = e x. For å ruke minste kvdrters metode skriver vi om uttrykket ved å t logritmen på egge sider: ln y = ln + x Vi trnsformerer først dtene fr Hxi, yi L til Hxi, ln yi L. Dermed får vi en lineær smmenheng mellom ln yi og xi. Eksempel xi = Rnge@D 8,,,, < yi = 8.,.7, 9.,.,.8<; Log@yiD 8.7,.7,.77,.7,.8< A = ; x = K O; Β y =..7. ;.7.

Minste kvdrters metode oppg fsit.n K O = Inverse@Trnspose@AD.AD. Trnspose@AD.y Β 0.7 0. Dette gir oss : ln y = + Β x = 0.7 + 0. x y = ã0.7 ã 0. x =. ã 0. x pts = Trnspose@8xi, yi<d; lp = ListPlot@pts, PlotStyle 8Red, PointSize@0.0D<D; pl = PlotA. ã0. x, 8x, 0, <E; Show@lp, pl, PlotRnge AllD 0 0 0 0 0 I et logritmisk plott lir grfen lineær: llp = ListLogPlot@pts, PlotStyle 8PointSize@0.0D, Red<, AxesOrigin 80, 0<D; pl = Plot@0. x + 0.7, 8x, 0, <D; Show@llp, pld 0.0.0 0.0 7.0.0.0.0. x FitBpts, :ExpB F>, xf.0999 ãx

Minste kvdrters metode oppg fsit.n Oppgve Bestem regresjonslinj gjennom punktene (, ), (, ) og (, ). Løs oppgven åde med og uten mtriseregning. Estimer y- verdien når x =.. Tegn linje og punktene i smme grf. Cler@x, yd dt = 88, <, 8, <, 8, <<; x@i_d := dt @@i +, DD y@i_d := dt@@i +, DD lsm@dtd x Beste rette linje gjennom dtpunktene: y = - +8 y@x_d := -. x + 8 y@.d. Plottet viser punktene og den este linjen etter minste kvdrters metode. Punktet (.,.) ligger på linjen. lp = ListPlot@dt, PlotStyle 8PointSize@0.0D, Red<, AxesOrigin 80, 0<D; line = Plot@ y@xd, 8x, 0, <, AxesOrigin 80, 0<D; Show@lp, line, PlotRnge All, Epilog 8Dshed, Blue, Line@88., 0<, 8.,.<<D, 8PointSize@0.0D, Point@8.,.<D<<D 8 - A = ; x = K O; y = ; x = Inverse@Trnspose@AD.AD. Trnspose@AD.y 8 - Regresjonslinj: y (x) = + x = 8 -. x

Minste kvdrters metode oppg fsit.n Oppgve Bestem et polynom grd som ekstrpolerer punktene H-,.<, H0, <, 80., 0.L, H, -0.L, 8., -.8<, 8,.L. f@x_d =. x -. x +. x + 0.. x -. x +. x + 0. Plot@f@xD, 8x, -, <D -.0-0. 0..0..0 - pts = 88-,.<, 80, 0.<, 80., 0.<, 8, - 0.<, 8., -.8<, 8,.<<; xrnge@0,d 9, x, x, x, x = FitApts, xrnge@0,d, xe.098 x -. x + 0.00778 x +.0 x + 0.00 7