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

"ade_1.gif"

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

"ade_2.gif"

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

"ade_3.gif"

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

"ade_4.gif"

Fent la derivada es troba

"ade_5.gif"

Aquestes són dues equacions que es poden escriure en forma matricial:

"ade_6.gif"

La solució usant la regla de Cramer és

"ade_7.gif"

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.