Апроксимація методом найменших квадратів

Часто відомо, що між величинами Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru і Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru існує лінійна залежність Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru або Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru , і треба знайти коефіцієнти Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru і Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru та стандартні похибки Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru і Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru отриманих значень коефіцієнтів. Так, наприклад, коефіцієнт місцевого опору ζ визначаємо експериментально, скориставшись формулою Вейсбаха Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru . Іноді функціональну залежність можна лінеаризувати, тобто представити у вигляді лінійної функції. Так, логарифмуючи формулу витрати через трикутний водозлив

Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru , (36)

отримуємо

Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru . (37)

Розглянемо спочатку випадок, коли відомо, що функціональна залежність має вигляд Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru . Маємо Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru пар значень Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru . Тоді

Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru ; (38)
Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru ; (39)
Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru . (40)

Розглянемо тепер випадок, коли відомо, що функціональна залежність має вигляд Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru . Маємо Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru пар значень Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru . Тоді

Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru ; Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru ; (41)
Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru ; (42)
Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru ; Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru ; (43)
Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru ; (44)
Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru ; Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru . (45)

Розглянемо на прикладі, як можна здійснити апроксимацію за допомогою MS Excel. Експериментальні точки залежності витрати Q через трикутний водозлив від напору H наведені в табл. 2.4.

Таблиця 2.4

Експериментальні дані залежності витрати Q від напору H

H, m 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25
Q, m3/s 0,78·10-3 4,5·10-3 12·10-3 26·10-3 44·10-3

Відомо, що залежності витрати Q від напору H описується формулою (35), яка після лінеаризації має вигляд (36) або Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru . Треба знайти константи α (показник степеня) і M.

У вікні MS Excel уводимо експериментальні значення з табл. 2.4 у блок комірок B1:F2, як це показано на рис. 2.7. У комірку В3 вводимо формулу = LN(B1), у комірку В4 - формулу =LN(B2). Виділяємо діапазон комірок В3:В4 і протягуванням заповнюємо діапазон комірок С3:F4.

Виділяємо діапазон комірок A3:F4 і виконуємо команду Вставка | Диаграмма…. У вікні Мастер диаграмм установлюємо параметри, як показано на рис. 2.8.

Клацнувши кілька разів кнопку Далее, а потім Готово, отримуємо графік, який після деяких додаткових дій набуває вигляду показаного на рис. 2.7. Найголовніші з цих дій такі. Клацаємо правою клавішею миші по одній із точок на графіку і в контекстному меню вибираємо команду Добавить линию тренда… . У вікні Линия тренда виконуємо команду Тип | Линейная | OK. Клацаємо правою клавішею миші по лінії тренда на графіку і в контекстному меню вибираємо команду Формат линии тренда. У вікні Формат линии тренда виконуємо команду Параметры | показывать уравнение на диаграмме | OK. На діаграмі з’являється рівняння Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru з числовими значеннями коефіцієнтів.

У комірку І3 заносимо значення Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru , у комірку І4 - значення Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru . Уводимо формули в комірки: І6 - =I3, I7 =EXP(I4), B5 - =B4-$I3*B3-$I4 {(43)} і протягуємо її на діапазон B5:F5, K1 - =СУММКВ(B5:F5), K2 - =СРЗНАЧ(B3:F3) {(40)}, B6 - =B3-$K2 і протягуємо її на діапазон B6:F6, K5 - =СУММКВ(B6:F6) {(41)}, K3 - =КОРЕНЬ(K1/(5-2)/K5) {(44)}, K4 - КОРЕНЬ((1/5+K2*K2/K5)*K1/(5-2)) {(44)}, K6 - K3*СТЬЮДРАСПРОБР(1-0,9;5-1)/КОРЕНЬ(5) {(8), (9)}, K7 - =I7*K4* СТЬЮДРАСПРОБР(1-0,9;5-1)/КОРЕНЬ(5) {(8), (9); оскільки Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru , то Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru }, M6 - =K6/I6, N7 - =K7/I7 {(15)}. Формули MS Excel показані на рис. 2.9.

У комірках I6 та І7 з’являються значення Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru і Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru , у комірках K6 та K7 - значення Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru і Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru , у комірках M6 та M7 - значення Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru і Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru .


Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru
Рис. 2.7. Лінеаризація з використанням MS Excel.
Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru
Рис. 2.8. Побудова графіка з використанням MS Excel.

Апроксимація методом найменших квадратів - student2.ru
Рис. 2.9. Формули в MS Excel.

Наши рекомендации