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Aufgabe:

Gegeben sind folgende empirische Messungen:

xi  6.8     8.5     10.9    12.9
yi 16.44 16.24  17.55 17.60

Grafisch liegen diese Punkte folgendermaßen im Koordinatensystem:

blob.png

Die Beobachtungen liegen ungefähr auf einer linearen Funktion y=b1+b2x und sind mit leichten Fehlern behaftet. Ermitteln Sie die Parameter dieser linearen Funktion durch Verwendung der Normalgleichungen.

Wie lautet die Steigung?


Problem/Ansatz:

Komme nicht weiter, bitte um Hilfe:)

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Brauchst du
- nur das Ergebnis ?
- die Berechnung einer Ausgleichsgeraden kann
ich dir vorführem
- die Berechnung mit Normalengleichungen
kann ich nicht

mfg Georg

Das Ergebnis bitte hatte es dauernd falsch :(

m= 0,299523422062068

2 Antworten

+1 Daumen

Aloha :)

Wir wollen \(y\) in Abhängigkeit von \(x\) als lineare Funktion darstellen:$$y(x)=a\cdot x+b$$

Zur Bestimmung der Parameter \(a\) und \(b\) setzen wir die 4 bekannten Punkte in diese Funktionsgleichung ein und erhalten Gleichungen für \(a\) und \(b\):

$$(6,8|16,44)\implies 16,44=a\cdot6,8+b$$$$(8,5|16,24)\implies 16,24=a\cdot8,5+b$$$$(10,9|17,55)\implies 17,55=a\cdot10,9+b$$$$(12,9|17,60)\implies 17,60=a\cdot12,9+b$$

Wir haben 4 Gleichungen für 2 Unbekannte. Das dazu gehörende Gleichungssystem:

$$\left(\begin{array}{rr}6,8 & 1\\8,5 & 1\\10,9 & 1\\12,9 & 1\end{array}\right)\binom{a}{b}=\left(\begin{array}{rr}16,44\\16,24\\17,55\\17,60\end{array}\right)$$

ist nicht exakt lösbar. Daher führen wir eine Regression durch. Dazu werden beide Seiten der Gleichung mit der transponierten Koeffizientenmatrix von links multipliziert:

$$\left(\begin{array}{rr}6,8 & 8,5 & 10,9 & 12,9\\1 & 1 & 1 & 1 \end{array}\right)\left(\begin{array}{rr}6,8 & 1\\8,5 & 1\\ 10,9 & 1\\12,9 & 1\end{array}\right)\binom{a}{b}=\left(\begin{array}{rr}6,8 & 8,5 & 10,9 & 12,9\\1 & 1 & 1 & 1 \end{array}\right)\left(\begin{array}{rr}16,44\\16,24\\17,55\\17,60\end{array}\right)$$Die entstandene Normalengleichung

$$\left(\begin{array}{rr}403,71 & 39,1\\39,1 & 4\end{array}\right)\binom{a}{b}=\left(\begin{array}{rr}668,167\\67,83\end{array}\right)$$

lässt sich eindeutig lösen:

$$\binom{a}{b}=\binom{0,238463}{14,62652}$$

was uns auf die gesuchte Regressions-Gerade führt:$$\boxed{y(x)=0,238463\cdot x+14,62652}$$

~plot~ 0,238463*x+14,62652 ; {6,8|16,44} ; {8,5|16,24} ; {10,9|17,55} ; {12,9|17,60} ; [[0|16|12|19]] ~plot~

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fYi: diese Aufgabe erscheinen hier jährlich mehrfach so um den 1. Dezember herum und dann noch mal im Frühsommer. Dieses Jahr wohl Corona-bedingt etwas später. Man müsste sich mal eine Musteraufgabe zurück legen, wo man nur noch die Zahlen einträgt ;-)

Ich habe Anna hier ausführlich geantwortet, weil alle bisherigen Werte in den Antworten und den Kommentaren falsch waren, und damit sie den Rechenweg mal sieht. Sonst kann sie es nachher in der Klausur nicht.

Hallo Werner,
es liegt in der Natur der Sache das neue Jahr-
gänge immer wieder dasselbe fragen.
Automatische Lösungen gibt es im Internet
zuhauf ( Arndt und CO ).
Ein menschicher Antwortgeber kann aber
individuell auf den Fragsteller
und dessen Probleme eingehen.

Oder eine allgemeine Lösung anbieten.

$$Ab=y$$$$A^TAb=A^Ty$$$$b=(A^TA)^{-1}A^Ty$$

Habe auch mal für mich eine Musteraufgabe fabriziert:

https://www.mathelounge.de/545206/gegeben-folgende-empirische-messungen-lautet-achsenabschnitt

Und sie gerade bearbeitet, weil die - für mich nervigen - Änderungen wegen Katex mal wieder meine geliebte Farbgebung vermasselt hatten :-)

ich habe
0.22 * x + 14.81
heraus.

ich habe 0.22 * x + 14.81 heraus.

Und ich habe exakt das gleiche Ergebnis wie Tschaka

Bis zur Nornalengleichung stimmte mein Ergebnis mit Tschakabumbas Ergebnis überein. Danach hatte ich mich verrechnet.

Ich bin vorgegangen nach
y = m * x + b | * x
xy = m * x^2 + bx

Alle Werte in die beiden Gleichungen
einsetzen und aufsummieren
∑ y = m * ∑ x + n * b
∑ xy = m * ∑ x^2 + b * ∑x

Müßte man noch mal nachschauen ob
- prinzpiell ein kleiner Unterschied zwischen
den Verfahren ist
- oder ein kleiner Rechenfehler
vorhanden ist.

gm-048.JPG

Georg, würdest du bitte aufhören, in MEINER Antwort irgendwelche Inhalte abzuändern...

Nichts für ungut.
Ich wollte mir nur die Plotlux Skizze
kurz zu Nutze machen da ich nicht
mit Plotlux arbeite(n kann )
Meine Änderung hätte ich wieder
rückgängig gemacht,
mfg Georg

Nach der Überprüfung.
es war irgendwo ein Rechenfehler
bei mir.

Ich nutze für solche Berechnungen gerne "Calc" von Libre-Office. Das ist bei Matrizen besser als Excel, bietet viele Funktionen, kann ich nur empfehlen.

@Georg:

Ich wollte mir nur die Plotlux Skizze kurz zu Nutze machen da ich nicht mit Plotlux arbeite(n kann )

meinst Du nicht, dass es dann mal langsam Zeit wird, dass Du auch mit Plotlux arbeiten kannst! Es ist doch wirklich nicht schwierig dort in die Kommandozeile sowas wie

0.22x+1.8

rein zu schreiben und anschließend unten rechts den Einbettcode in seine Antwort oder seinen Kommentar hinein zu kopieren - oder? ;-)

Wenn ich jetzt bei Stefan oben "Plotlux öffnen" drücke und die Skizze dann in Plotlux verändere und das Ergebnis in einen eigenen Post einfüge, würde das die Antwort von Stefen in irgeneiner Weise beeinflussen?

Plotlux lerne ich nicht mehr.
Ich arbeite mit dem Matheprogramm
MuPad und dem dort integrierten
Plotter. Das ist am einfachsten
Einziges Manko :ich kann keine Punkte
plotten.

... würde das die Antwort von Stefen in irgeneiner Weise beeinflussen?

Ich meine Nein! Der Script-Anteil bleibt in der Antwort unverändert. IMHO arbeitest Du dann auf einer Kopie.

Ich vermute, dass Georg auf 'Bearbeiten' gedrückt hat und dann versehentlich 'Ok'.

Georg hat bei Taschkas erster Antwort
auf bearbeiten gedrückt.
Dann im Quelltext der Antwort die Zeile
~plot~ 0,238463*x+14,62652 ; {6,8|16,44} ; {8,5|16,24} ; {10,9|17,55} ; {12,9|17,60} ; [[0|16|12|19]] ~plot~

kopiert und dann 0.22 * x + 14.81 ;
eingefügt.

~plot~ 0,238463*x+14,62652 ; 0,22 * x + 14.81 ; {6,8|16,44} ; {8,5|16,24} ; {10,9|17,55} ; {12,9|17,60} ; [[0|16|12|19]] ~plot~

Schau´n mer mal gerade.

Hat funktioniert.
Korrektur
Mal funktionierts, mal nicht.

@Werner Das dachte ich mir auch. Wollte es aber lieber nicht kommentarlos ausprobieren :-)

Muss aber eingestehen, dass ich mir bei Tschaka schon oft "Neuerungen" bzgl. Latex über "Bearbeiten" kopiert habe. Dann sollte man sich aber konzentrieren und keinesfalls etwas Anderes als "Abbrechen" drücken. Habe Stefan auch irgendwann darüber informiert und keinen Widerspruch erhalten.

Ich hatte mehrere Meldungen bekommen, dass mein Post geändert wurde. In meiner Zeichnung war dann plötzlich eine falsche(!) Regressionsgerade zu sehen. Das habe ich natürlich sofort rückgängig gemacht.

@Wolfgang: das ging früher über 'rechte Maustaste' und 'kopieren als LaTex'. Jetzt kannst Du den Ausdruck kopieren und in Deiner Antwort/Kommentar und im LaTex-Editor einfügen. Bei letzteren sind dann nur die Einbindenden Steuerzeichen zu löschen.

Bei meinen o.g. Aktivitäten ging es wegen um aktuell benötigte Codes, sondern "vorsorglich" um interessante Kreationen in den Antworten von Tschaka.

0 Daumen

Die Gerade durch den Mittelpunkt der beiden linken Punkte und durch den Mittelpunkt der beiden rechten Punkte lautet ungefähr y= 0.3023529411·x + 14.027. Davon dürfte die Regressionsgerade nicht weit entfernt liegen.

blob.png

Avatar von 123 k 🚀

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