Формулы, служащие для аналитического представления опытных данных называются эмпирическими формулами.
Аппроксимация (приближение, сглаживание) – когда по данным результатам наблюдений подбирается наиболее простая формула того или иного типа, дающая наилучшее приближение к имеющимся данным. При этом формула не воспроизводит в точности данные наблюдений.
Для получения аппроксимирующей функции чаще всего используется метод наименьших квадратов.
Пусть в результате эксперимента получено n значений функции при соответствующих значениях аргумента. Результаты записаны в таблицу.
… | … | |||||
… | … |
Пусть зависимость между величинами х и у линейная. Требуется найти линейное уравнение .
Параметры а и b находим, решая систему, которая называется нормальной:
.
Пример.
Результаты измерений представлены таблицей. Методом наименьших квадратов составить эмпирическую формулу, выражающую зависимость между х и y.
3,5 | 2,5 | 0,5 |
Построить полученную прямую и экспериментальные точки.
|
|
Решение.
В прямоугольной системе координат построим данные точки. Заметим, что точки располагаются вблизи некоторой прямой, поэтому эмпирическую формулу будем искать в виде . Для отыскания коэффициентов а и b составим нормальную систему. Расчеты поместим в таблицу.
3,5 | 3,5 | 3,7 | |||
2,94 | |||||
2,5 | 7,5 | 2,18 | |||
0,5 | 2,5 | 0,66 | |||
9,5 | 19,5 |
Нормальная система имеет вид:
Решаем систему методом Крамера:
Искомая эмпирическая формула имеет вид: .
Для контроля вычислим по этой формуле значения .
х |
y |
0,5 |
2,5 |
3,5 |
Рисунок 10 |
Сравнивая контрольные значения с экспериментальными данными, видим, что отклонение этих величин невелико. По любым двум значениям строим прямую. Она проходит достаточно близко к заданным точкам. Искомая прямая и экспериментальные точки изображены на рисунке 10.