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Aufgabe:

Gegeben sind folgende empirische Messungen:

Xi9,711,913,415,0
Zi11,0912,3912,7813,68

Grafisch liegen diese Punkte folgendermaßen im Koordinatensystem:

20191128_202527.jpg
(auf der linken Achse steht "Z", hat es nur beim Foto abgeschnitten)

Text erkannt:

Die Beobachtungen liegen ungefähr auf einer linearen Funktion z = a0 + a1*x und sind mit leichten Fehlern behaftet. Ermitteln Sie die Parameter dieser linearen Funktion durch Verwendung der Normalgleichung.

Wie lautet der Achsenabschnitt?


Problem/Ansatz:

Ich habe verstanden, dass ich die Aufgabe mit der Normalgleichung: XT * X *a = XT * Z lösen muss, jedoch komme ich beim Aufstellen der Matrizen und beim Ausrechnen von a nicht mehr weiter, darum bitte ich um Hilfe!
Wäre für jede Erklärung/Lösung dankbar!☺

Avatar von

Diese Aufgabe kommt in letzter Zeit öfters: siehe

https://www.mathelounge.de/suche?q=empirischen+Punkten+

wo sind Deine Problemstellen genau?

Hab es jetzt schon geschafft, danke trotzdem!

2 Antworten

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Hallo

do wie du die Normalengleichung darstellst könnte ich es auch nicht.

siehe in wiki

https://de.wikipedia.org/wiki/Methode_der_kleinsten_Quadrate

dort findest du die nötigen Formeln , dann muss ich sie nicht abschreiben.

Gruß lul

Avatar von 108 k 🚀

Hab es schon geschafft, danke!

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Jeder Punkt auf soll Näherungsweise durch eine Gerade angenähert werden. Das kann aber i.A. nicht exakt passieren, sondern es treten Fehler auf. Das Modell lautet also

$$  \epsilon_i = a_0 + a_1 t_i - z_i $$ und die Summe der quadratischen Anpassungsfehler \( \epsilon_i \) soll minimiert werden.

Man hat also ein Problem der folgenden Form zu lösen

$$ \left \| \begin{pmatrix} 1 & t_1\\ \cdots & \cdots \\ 1 & t_n \end{pmatrix} \begin{pmatrix} a_0 \\ a_1 \end{pmatrix} - \begin{pmatrix} z_1 \\  \cdots  \\  z_n \end{pmatrix} \right \|_2 \to \text{ Minimieren } $$ oder in Matrixschreibweise $$  \| A x - z \|_2 \to \text{ Minimieren } $$

Dabei gilt $$ A = \begin{pmatrix} 1 & t_1\\ \cdots & \cdots \\ 1 & t_n \end{pmatrix},  \ \ x = \begin{pmatrix} a_0 \\ a_1 \end{pmatrix}  \text{ und } b =  \begin{pmatrix} z_1 \\  \cdots  \\  z_n \end{pmatrix} $$

Die Lösung für \( x \) ist $$ x = \left( A^T A \right)^{-1} A^T b $$

Jetzt muss man die Größen \( t_i \) und \( z_i \) bestimmen, also zu welchem Zeitpunkt ist welche Messung gemacht worden und alles einsetzen und ausrechnen.

Avatar von 39 k

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