- •32 Лекция №3 элементы теории вероятности и математической статистики.
- •1.Случайное событие. Вероятность случайного события.
- •2. Случайные величины. Закон распределения и числовые характеристики дискретных случайных величин.
- •3. Непрерывные случайные величины. Нормальный закон распределения (закон Гаусса).
- •4. Статистическое распределение выборки. Гистограмма.
- •5. Обработка результатов прямых и косвенных измерений.
- •6. Понятие о корреляционном анализе.
5. Обработка результатов прямых и косвенных измерений.
а) Погрешности измерений.
Количественная сторона процессов и явлений в любом эксперименте изучается с помощью измерений, которые делятся на прямые и косвенные.
Прямым называется такое измерение, при котором значение, интересующее экспериментатора величины находятся непосредственно из отсчета по прибору.
Косвенное
- это измерение, при котором значение
величины находится как функция других
величин. Например, сопротивление
резистора определяют по напряжению и
току (R=
).
Измеренное
значение хизм.некоторой
физической величиныхобычно
отличается от ее истинного значенияхист..Отклонение результата,
полученного на опыте, от истинного
значения, т.е. разностьхизм.–хист. = ∆х– называется
абсолютной ошибкой измерения, а
– относительной ошибкой (погрешностью)
измерения. Погрешности или ошибки
делятся на систематические , случайные
и промахи.
Систематическими ошибками называются такие ошибки, величина и знак которых от опыта к опыту сохраняется или изменяется закономерно. Они искажают результат измерений в одну сторону – либо завышая, либо занижая его. Подобные ошибки вызываются постоянно действующими причинами, односторонне влияющие на результат измерений (неисправность или малая точность прибора).
Ошибки, величина и знак которых непредсказуемым образом изменяются от опыта к опыту, называются случайными. Такие ошибки возникают, например, при взвешивании из-за колебаний установки, неодинакового влияния трения, температуры, влажности и т.д. Случайные ошибки возникают и из-за несовершенства или дефекта органов чувств экспериментатора.
Случайные погрешности исключить опытным путем нельзя. Их влияние на результат измерения может быть оценено с помощью математических методов статистики (малые выборки).
Промахами или грубыми погрешностями называются погрешности, существенно превышающие систематические и случайные погрешности. Наблюдения, содержащие промахи отбрасываются как недостоверные.
б) Обработка результатов непосредственных измерений.
Для
надежности оценки случайных погрешностей
необходимо выполнить достаточно большое
количество измерений п. Допустим,
что в результате непосредственных
измерений получены результатых1,х2,х3, …,хп.
Наиболее вероятное значение определяется
как среднее арифметическое, которое
при большом числе измерений совпадает
с истинным значением:
.
Затем
определяют среднюю квадратичную ошибку
отдельного измерения:
.
При этом можно оценить наибольшую среднюю квадратичную ошибку отдельного измерения: Sнаиб.= 3S.
Следующий этап заключается в определении средней квадратичной ошибки среднего арифметического:
.
Ширина доверительного интервала около
среднего значения
измеряемой величины будет определяться
поабсолютной погрешности среднего
арифметического:
,
гдеtα,n
– так называемый коэффициент
Стьюдента для числа наблюденийпи
доверительной вероятности α (табличная
величина). Обычно доверительная
вероятность в условиях учебной
лаборатории выбирается 0,95 или 95%. Это
значит, что при многократном повторении
опыта в одних и тех же условиях, ошибки,
в 95 случаях из 100 не превысят значения
.
Интервальной оценкой измеряемой величиныxбудет доверительный
интервал
,
в который попадает её истинное значение
с заданной вероятностью α. Результат
измерения записывается:
.
Эту запись можно понимать как неравенство:
.
Относительная
погрешность:
Е ≤ 5% в условиях учебной лаборатории.
в) Обработка результатов косвенных измерений.
Если величину у измеряют косвенным
методом, т.е. она является функцией пнезависимых величинх1,х2,
…,хп: у =f(х1,х2, …,хп), а значит
.
Средняя квадратичная ошибка среднего
арифметического определяется по формуле:
,
где
частные производные вычисляются для
средних значений
вычисляется
по формуле средней квадратичной ошибки
для непосредственного измерения.
Доверительная вероятность для всех
погрешностей, связанных с аргументамихiфункции
у задается одинаковый (Р = 0,95), такой же
она задается и для у. Абсолютная
погрешность
среднего значения
определяется по формуле:
.
Тогда
или
.
Относительная погрешность
будет равна Е =
≤5%.
