Anàlisi de Dades Experimentals
© Antoni Amengual Colom. Departament de Física, Universitat de les Illes Balears.
Versió 1.0 publicada al setembre de 2013. DL: PM 860-2013.
Ajusts per mínims quadrats
Ajust amb una recta quan les ordenades tenen errors diferents
Introducció «
Es tracta de trobar una recta d'ajust a un conjunt de n punts {xi, yi} quan la incertesa sobre les ordenades no és constant.
Suposem que entre les dues variables x i y existeix la relació
y = f(x) = a1 x + a0.
amb unes constant a1 i a0 desconegudes. Per a diversos valors x = xi es pot fer una mesura per determinar el valor de la variable y. El valor mesurat tendrà sempre una incertesa. Se suposarà que la mesura de la variable y per a x = xi és un mostreig d'una distribució gaussiana de mitjana f(xi) i variança σy2 = σi2. La variança depèn de l'abscissa.
La probabilitat que es mesuri y = yi ± σi per a x = xi és proporcional a
Si es fan n mesures per a un conjunt de valors {x1, x2, ..., xn}, la probabilitat d'obtenir un conjunt de valors {y1, y2, ..., yn} serà proporcional al producte de les probabilitats. Com que el producte d'exponencials és igual a l'exponencial de la suma dels exponents, la probabilitat serà proporcional a
Ara es tracta de trobar els paràmetres a1 i a0 i farà de manera semblant a com es va fer quan EnllaSTema[les variances σi tenien totes el mateix valor wt_MinimsQuadrats035_GaussR011.nb].
Càlcul dels paràmetres a1 i a0
«
La probabilitat G({y1, y2, ..., yn}) no es pot avaluar numèricament perquè a1, a0 no tenen valors coneguts, però s'establirà el següent:
Els valors de a1 i a0 que s'usaran per definir la relació lineal entre les variables y i x seran els valors que facin més probable haver obtingut la sèrie de valors {y1, ..., yn}.
Per tant, cal cercar el màxim de G resolent les equacions
Definint els pesos
wi = σi-2
i usant les expressions de G i de la derivada d'una exponencial, les dues condicions anteriors es converteixen en
Fent la derivada es troba
Aquestes són dues equacions que es poden escriure en forma matricial:
La solució usant la regla de Cramer és
Aquestes solucions es poden escriure de manera compacta usant alguna de les notacions presentades quan la incertesa sobre els valors de les ordenades eren els mateixos.