Метод найменших квадратів (стр. 2 из 3)

Побудова квадратичної емпіричної залежності. Нехай функціональна залежність між

та - квадратична. Шукатимемо емпіричну формулу у вигляді

. (8)

Тоді формулу (2) запишемо наступним чином

Для знаходження коефіцієнтів

, , , за яких функція мінімальна, обчислимо частинні похідні , , і прирівняємо їх до нуля. В результаті дістанемо систему рівнянь

Після рівносильних перетворень маємо систему

(9)

Розв’язок цієї системи і визначає єдину параболу, яка краще від усіх інших парабол (8) подає на розглядуваному проміжку задану таблично функціональну залежність.

Сформулюємо аналітичний критерій для квадратичної залежності. Для цього введемо поділені різниці першого і другого порядку

і

, де .

Точки

розміщені на параболі (8) тоді і тільки тоді, коли всі поділені різниці другого порядку зберігають сталі значення.

Якщо точки

рівновіддалені, тобто , то для існування квадратичної залежності (8) необхідно і достатньо, щоб була сталою скінчена різниця другого порядку , причому .

Побудова емпіричних формул найпростіших нелінійних залежностей. Нехай у системі координат

маємо нелінійну залежність , неперервну і монотонну на відрізку .

Введемо змінні

, так, щоб у новій системі координат задана емпірична нелінійна залежність стала лінійною

. (10)

Тоді точки з координатами

в площині лежатимуть на прямій лінії.

Покажемо, як від нелінійних залежностей

, 2) , 3) ,

, 5) , 6)

перейти до лінійних.

1) Розглянемо степеневу залежність

, де , , .

Логарифмуючи її, знаходимо

. Звідси, поклавши , , , , маємо .

2) Логарифмуючи показникову залежність

, маємо . Поклавши , , , в системі координат дістанемо залежність (10).

Зазначимо, що замість показникової залежності

часто шукають залежність . Остання перетвориться в лінійну, якщо позначити , , , .

3) Щоб перейти від логарифмічної залежності

до лінійної , досить зробити підстановку , .

4) У гіперболічній залежності замінимо змінні

, . Тоді гіперболічна залежність перетвориться в лінійну (10), в якій , .

5) Розглянемо дробово-лінійну функцію

. Знайдемо обернену функцію . Тоді ввівши нові координати , , дістанемо лінійну залежність (10), де , .

6) Нехай маємо дробово-раціональну залежність

. Оберненою до неї буде залежність . Ввівши нові змінні , , дістанемо лінійну залежність (10) з коефіцієнтами , .

Отже, для побудови будь-якої з емпіричних формул 1)-6) треба:

а) за вихідною таблицею даних

побудувати нову таблицю , використавши відповідні формули переходу до нових координат;

б) за новою таблицею даних знайти методом найменших квадратів коефіцієнти

і лінійної функції (10);