- •Лекция № 1. Вводная лекция
- •1.1Материя и формы движения материи. Физика, ее предмет и методы исследования.
- •Диаграмма иерархической организации материи
- •1.2. Биофизика. Значение физики и биофизики для биологии и медицины.
- •1.3. Связь физики с другими естественными науками. Содержание медицинской и биологической физики.
- •Лекция № 2. Системный подход и системный анализ в физике и биофизике
- •2.1. Понятие системы. Элементы системы и виды связи между ними
- •2.2. Кибернетические системы.
- •2.3.Системный анализ.
- •Система: законы поведения, свойства
- •Лекция № 3 методы численного анализа причинно-следственных связей.
- •Элементарный метод.
- •Метод регрессии
- •3.3 Метод корреляции.
- •Анализ с использованием показателей эластичности.
- •Лекция № 4. Моделирование.
- •Модели и их назначение.
- •Виды моделей.
- •4.3.Основные этапы математического моделирования.
- •Высшая математика. Занятие № 1. Теория пределов.
- •§ 1.1 Бесконечно малая и бесконечно большая величины.
- •§ 1.2. Предел переменной величины.
- •§ 1.3. Понятие о пределе функции. Некоторые приемы нахождения пределов функций.
- •Упражнения
- •Занятие №2. Производная функции
- •§ 2.1 Производная функции и метод ее нахождения
- •§ 2.2 Физический смысл производной функции.
- •2.3 Геометрический смысл производной.
- •§ 2.4 Производные второго и высших порядков. Механический смысл второй производной.
- •§ 2.5 Правило нахождения максимума и минимума функции.
- •§ 2.6 Построений графиков функций
- •Упражнения.
- •Занятие №3. Дифференциал функции.
- •§3.1 Дифференциал функции как главная часть приращения функции.
- •§ 3.2 Геометрический смысл дифференциала функции.
- •§ 3.3 Дифференциал второго порядка.
- •§ 3.4 Приложения дифференциала функции к приближенным вычислениям.
- •§ 3.5 Функции многих переменных. Предел функции.
- •§ 3.6 Частные производные. Полный дифференциал функции нескольких переменных.
- •Упражнения
- •Занятие №4. Неопределенный интервал.
- •§ 4.1 Понятие о неопределенном интеграле.
- •§ 4.2 Геометрический смысл неопределенного интеграла.
- •§ 4.3 Основные свойства неопределенного интеграла.
- •§ 4.4 Непосредственное интегрирование.
- •§ 4.5 Основные методы интегрирования.
- •Интегрирование методом разложения с использованием элементарных математических операций.
- •Интегрирование методом замены переменной.
- •Интегрирование по частям.
- •Упражнения.
- •2)Найти интегралы методом подстановки:
- •3.Найти интегралы методом интегрирования по частям:
- •§ 5.1 Определенный интеграл и его геометрический смысл.
- •Простейшие свойства определенного интеграла.
- •§ 5.2 Формула ньютона-лейбница.
- •§5.3. Замена переменной и интегрирование по частям в определенном интеграле.
- •Интегрирование по частям.
- •§5.4 Некоторые сведения о рядах и их использование в процессе интегрирования.
- •Признак Даламбера.
- •Разложение в степенной ряд функции.
- •Понятие об интегралах, не берущихся в элементарных функциях.
- •Приближенное вычисление интегралов методом разложения функции в ряд.
- •§5.5 Несобственные интегралы.
- •§ 5.6 Приближенные методы вычисления определенных интегралов.
- •Метод средних прямоугольников.
- •Метод трапеций.
- •Метод параболических трапеций (метод Симпсона).
- •§5.7 Приложения определенного интеграла Вычисление площади в декартовых координатах.
- •Объем тела вращения.
- •Длина дуги кривой.
- •Площадь поверхности тела вращения.
- •Упражнения.
- •Занятие № 6. Основные сведения о дифференциальных уравнениях.
- •§ 6.1 Общие понятия о дифференциальных уравнениях и их определение.
- •§6.2 Дифференциальные уравнения первого порядка с разделенными и разделяющимимся переменными.
- •§6.3 Однородные дифференциальные уравенния первого порядка.
- •§6.4 Линейные дифференциальные уравнения первого порядка.
- •§ 6.5 Дифференциальные уравнения второго порядка уравнения вида
- •§ 6.6 Комплексные числа и их алгебраическая форма.
- •§ 6. 7 Линейные однородные дифференциальные уравнения второго порядка с постоянными коэффициентами.
- •Рассмотрим эти случаи по порядку.
- •Упражнения.
- •Задачи.
- •Математическая статистика. Занятие № 1. Элементы комбинаторики. Бином ньютона.
- •§ 1.1. Множества
- •§ 1.2 Размещения
- •§ 1.3. Перестановки.
- •§1.4. Сочетания
- •1.5. Бином ньютона
- •Свойства разложения степени бинома.
- •Упражнения.
- •Занятие №2. Элементы теории вероятностей.
- •§ 2.1. Событие. Вероятность события.
- •§ 2.2. Основные теоремы теории вероятностей.
- •Теорема сложения вероятностей.
- •Теорема умножения вероятностей.
- •Условная вероятность.
- •Формула полной вероятности.
- •§ 2.3. Формула байеса (теорема гипотез)
- •§ 2.4. Формула бернулли.
- •§2.5. Теория вероятностей в генетике.
- •Примеры решения задач.
- •Упражнения
- •Занятие № 3 случайные величины и их основные характеристики.
- •§ 3.1. Случайная величина. Функция распределения.
- •Свойства интегральной функции распределения.
- •§ 3.2. Числовые характеристики случайных величин.
- •Характеристики разброса.
- •Моменты. Характеристики формы.
- •Упражнения.
- •Занятие № 4. Законы распределения случайных величин.
- •§ 4.1. Основные задачи математической статистики.
- •§ 4.2. Генеральная совокупность и выборка.
- •§ 4.3. Ряды распределения.
- •§ 4.4. Закон нормального распределения (закон гаусса)
- •§ 4.5 Распределение стьюдента.
- •§4.6. Оценка точности прямых равноточных измерений при малом числе опытов
- •Упражнения
- •Занятие № 5. Временные ряды
- •§ 5.1. Временные ряды и их виды.
- •§5.2. Характеристики динамики как единицы абсолютного и относительного измерения.
- •§5.3. Сущность и формы тренда и приемы выявления тенденции развития.
- •§5.4. Интерполяция и экстраполяция рядов динамики.
- •Контрольные вопросы.
- •Упражнения.
- •Используемая литература.
- •Оглавление
- •Высшая математика
- •Математическая статистика
- •Основы высшей математики и математической статистики
§5.2. Характеристики динамики как единицы абсолютного и относительного измерения.
Первая задача изучения динамики процесса - сбор данных об уровнях за разные периоды. Исходя из них, можно сравнивать уровни двух периодов или производить сравнение всех уровней динамического ряда.
Характеристика развития процесса основана на определении абсолютного и относительного изменения уровней динамического ряда по сравнению с другими уровнями. При постановке статистической задачи определяют, нужно ли характеризовать и абсолютные и относительные изменения или же только одно из них.
Абсолютный прирост. Наиболее простым показателем анализа динамики является абсолютный прирост уровня. Абсолютный прирост показывает, насколько единиц увеличился или уменьшился уровень, по сравнению с базисным, за тот или иной период времени.
При этом сравниваемый уровень называют текущим, а тот уровень, с которым производится сравнение, базисным, так как он является базой сравнения. Обычно за базу сравнения принимают либо предыдущий, либо начальный (первый) уровень ряда динамики.
Если каждый уровень сравнивается с предыдущим, то полученные при этом показатели называются цепными, т.к. они представляют собой как бы отдельные звенья единой «цепи», связывающей между собой уровни ряда. Если же все уровни сравниваются с одним и тем же уровнем - базой сравнения, то полученные показатели называются базисными. В нашей стране в качестве базы сравнения экономических показателей часто принимали уровень 1913 г. - последнего «мирного» дореволюционного года и уровень 1940 г. - последнего довоенного года.
Абсолютный прирост равен разности между сравниваемым и базисным уровнями и выражается в тех же единицах, в которых измерены уровни ряда динамики:
(5.1)
где
-
абсолютный прирост,
-
сравниваемый (текущий) уровень,
-
базисный уровень.
Если за базу сравнения в каждом случае принимается предыдущий уровень, то формула получающихся при этом цепных абсолютных приростов будет иметь вид:
(5.2)
где
-
сравниваемый (текущий) уровень,
-
предыдущий (базисный) уровень.
Если уровень уменьшается по сравнению с базисным, то абсолютный прирост будет отрицательным, характеризуя размер абсолютной убыли, абсолютного падения и сокращения.
Вычисленные цепные и базисные абсолютные приросты по временному ряду, показанному в таблице 5.2, представлены в таблице 5.3.
Таблица 5.3.
Абсолютный прирост потребления реланиума в клиниках города N.
t, годы |
Х(t), тыс. ампул |
Абсолютный прирост |
|
Цепочные приросты |
Базисные приросты (1988г.- база) |
||
1988 |
35 |
… |
… |
1989 |
37 |
2 |
2 |
1990 |
40 |
3 |
5 |
1991 |
44 |
4 |
9 |
1992 |
46 |
2 |
11 |
1993 |
48 |
2 |
13 |
1994 |
50 |
2 |
15 |
1995 |
53 |
3 |
18 |
Из указанной таблицы видно, что цепочный прирост с небольшими колебаниями остается практически постоянным, в то время как базисный постоянно от уровня к уровню повышается.
Абсолютный прирост выражает абсолютную скорость роста. Однако исчерпывающую и глубокую характеристику процесса роста можно получить только тогда, когда абсолютные величины дополняются величинами относительными.
Относительными показателями динамики являются темпы роста и прироста, характеризующие скорость изменения уровня, т.е. интенсивность процесса.
Темп роста. Темп роста показывает, во сколько раз сравниваемый уровень больше базисного или какую часть его составляет. Исчисляется он путем деления сравниваемого (текущего) уровня на базисный:
(5.3)
Если за базу сравнения каждый раз принимается предыдущий уровень, то получаются цепочные темпы роста:
(5.4)
Когда текущий уровень больше базисного, темп роста больше единицы и показывает, во сколько раз увеличивается уровень, по сравнению с базисным. Если же уровень уменьшается, то темп роста будет меньше единицы и показывает, какую часть базисного уровня, принятого за единицу, составляет текущий уровень. В этом случае имеет место не рост, а снижение (падение) уровня.
Как и другие относительные величины, темп роста может быть выражен не только в форме коэффициента, но и в процентах, для чего коэффициенты, полученные по формулам (5.3) и (5.4), необходимо умножить на 100.
Выраженный в процентах, темп роста показывает, сколько процентов текущий уровень составляет по отношению к базисному, принятому за 100 %.
В таблице 5.4. показаны цепочный и базисный относительный рост по временному ряду, представленному в таблице 5.2.
Таблица 5.4.
Относительный рост потребления реланиума в городе N.
t, годы |
Х(t), тыс. ампул |
Относительный рост (тыс. ампул) в % |
|
Цепочный рост |
Базисный рост (1988г.-база) |
||
1988 |
35 |
… |
… |
1989 |
37 |
105,7 |
105,7 |
1990 |
40 |
108,1 |
114,3 |
1991 |
44 |
110,0 |
125,7 |
1992 |
46 |
104,5 |
131,4 |
1993 |
48 |
104,3 |
137,1 |
1994 |
50 |
104,2 |
142,9 |
1995 |
53 |
106,0 |
151,4 |
Из таблицы видно, что потребление реланиума в 1989 - 1995 годах росло непрерывно и высокими темпами.
Темп прироста. Темп прироста показывает относительную величину прироста, т.е. величину абсолютного прироста по отношению к базисному уровню:
(5.5)
где
-
темп прироста,
-
абсолютный прирост,
-
базисный уровень.
Выраженный в процентах темп прироста показывает, на сколько процентов увеличивается или уменьшается уровень по сравнению с базовым, принятым за 100%.
В нашем примере (см. табл. 5.4.)в 1989 году потребление реланиума увеличилось по сравнению с 1998 годом на 2 тысячи ампул. По отношению к уровню 1988 года (35 тыс. ампул) это составляет 5,71 %:
или 5,71%.
Между темпом прироста и темпом роста существует непосредственная взаимосвязь:
(5.6)
Таким образом, темп прироста всегда на единицу меньше соответствующего значения темпа роста, выраженного в форме коэффициента, или на 100 % меньше темпа роста, выраженного в процентах:
(5.7)
Следовательно, если уже вычислены темпы роста, то наиболее удобный путь расчета прироста дают формулы (5.6) и (5.7). Действительно, как это видно из таблицы 5.4., в 1989 году прирост потребления реланиума составил 5,7 % по отношению к базовому, а в 1990 году-14,3 % и т.д.
Средний уровень динамики. Метод расчета среднего уровня ряда динамики зависит от характера показателя, динамика которого изучается, т.е. от вида динамического ряда.
Наиболее просто исчисляется уровень периодического ряда динамики, уровни которого можно суммировать, получая итоговые (общие) уровни за более продолжительные периоды. Вполне логично поэтому, исчислять средний уровень периодического ряда так, чтобы при замене фактических уровней их средней величиной не изменялся общий уровень за весь рассматриваемый период. Это означает, что должно иметь место следующее равенство:
n средних уровней
это приводит нас к простой средней арифметической:
(5.8)
где n – число фактических уровней за последовательные промежутки времени.
Возьмем например, следующие данные потребления реланиума в городе N (таблица 5.5.).
Таблица 5.5.
Потребление реланиума в клиниках города N.
t,годы |
1988 |
1989 |
1990 |
1991 |
1992 |
1993 |
1994 |
1995 |
Всего |
Х(t),тыс. ампул |
35 |
37 |
40 |
44 |
46 |
48 |
50 |
52 |
352 |
Сложив восемь годовых уровней, получим количество реланиума, израсходованного за восемь лет, а разделив эту величину на 8, узнаем, сколько в среднем потреблялось реланиума с 1988 года по 1995 год ежегодно:
(тыс. ампул)
Нужно иметь в виду, что средний уровень периодического ряда динамики требует указания двух периодов времени: во-первых, того конкретного (календарного) периода, за который исчислен средний уровень, и, во-вторых, того периода, который принят в качестве единицы времени, в расчете на который исчислен средний уровень.
В нашем случае исчислен среднегодовой уровень потребления реланиума за период с 1988 года по 1995 год. Единицей времени, в расчете на которую, рассчитан средний уровень потребления (реланиума), является год.
Средние темпы роста и прироста. Средний абсолютный прирост всегда является периодическим показателем в анализе временных рядов. Средний абсолютный прирост показывает, на сколько единиц увеличивается или уменьшается уровень по сравнению с предыдущим в среднем за единицу времени (год, месяц и т.п.) и определяется выражением:
В качестве основы и критерия правильности исчисления среднего темпа роста могут быть приняты различные показатели. В настоящее время в теории и практике в качестве такой основы обычно принимают произведение цепных темпов роста, равное темпу роста за весь рассматриваемый период:
или
(5.9)
В основу исчисления среднего темпа роста кладется также взаимосвязь цепных и базисных темпов роста. При этом ставится задача найти такой средний темп роста, чтобы при замене или фактических цепных темпов роста в формуле (5.9) остался без изменения темп роста за весь период (xп: x1). Таким образом, должны иметь место следующие равенства:
следовательно,
(5.10)
Из уравнения (5.10) следует, что формула для определения среднего темпа роста может быть представлена в двух видах:
(5.11)
где s=n-1, или
(5.12)
который
получается при замене произведения
цепных темпов равным ему
темпов роста за весь период. В последнем
случае целесообразно сохранить
нумерацию уровней значения
и
=п
-
1 в выражении (5.12) которые имеют
тот
же смысл, что и формуле (5.11).
Таким образом, средний темп роста, выраженный в форме коэффициента, показывает, во сколько раз увеличивался уровень по сравнению с предыдущим в среднем за единицу времени (месяц, год и т.д.).
Для средних темпов роста и прироста сохраняет силу та же взаимосвязь, которая имеет место между обычными темпами роста и прироста, т.е.
(5.13)
Из выражения (5.13) следует, что средний темп прироста, выраженный в процентах показывает, на сколько процентов увеличивался (или уменьшался) уровень по сравнению с предыдущим в среднем за единицу времени.
Для среднего темпа роста чаще используется второй, т.е. расчет по формуле (5.12). Расчет среднего темпа роста по формуле (5.11) осуществляется в тех случаях, когда уровни ряда динамики или темпа роста за весь период не известны, но имеются данные по цепным темпам роста или прироста (см. таблица 5.6.)
Таблица 5.6.
Рост производительности труда в РФ.
Годы |
1961 |
1962 |
1963 |
1964 |
1965 |
Производительность труда в % к предыдущему году |
103 |
107 |
104 |
107 |
106 |
Используя формулу (5.11):
Средний темп роста здесь выражен в процентах, так как в процентах были выражены темпы роста в подкоренном выражении. Отсюда Т = 5,4 %,
т.е. производительность труда в строительстве в 1961 - 1965 гг. в среднем ежегодно повышалась на 5,4 %.
Формула (5.12) дает возможность вычислить средний темп роста в двух случаях:
Если известны базисный и конечный уровни.
Если известен темп роста или темп прироста за весь период.
Вычислим, например, среднегодовой темп роста производства газа за период с 1966 года по 1970 год, если в 1966 году планировалось добыть газа 129 миллиардов м3, а в 1970 году 240 миллиардов м3.
Используя формулу (5.12), получим:
или 113,2 %
Следовательно, производство газа за указанный период должен был возрастать на 13,2 % ежегодно.
Рассмотрим второй случай использования формулы (5.12).
В 1965 году национальный
доход нашей страны возрос по сравнению
с 1985 годом на 59 %, т.е. в 1,59 раза. Это дает
возможность исчислять среднегодовой
темп роста за 7 лет (1959 - 1965 гг.). Темп роста
за все 7 лет, т.е. отношение конечного
уровня к базисному (
),
составляет 1,59, а продолжительность
периода роста (п-1) равна 7 годам, отсюда
имеем:
или 106,9%
