Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki

Dopasuj prostą do punktów

Prosta jest najlepiej dopasowana do punktów pomiarowych, gdy suma kwadratów odległości „wzdłuż osi rzędnych” tych punktów od prostej jest najmniejsza z możliwych. Takie kryterium jest powszechnie przyjmowane przy opracowywaniu wyników pomiarów. 
Oznaczmy tę sumę przez SIndeks dolny 0.

Mamy prawo dopasować prostą „na oko”, bez korzystania z oprogramowania (np. arkusza kalkulacyjnego) z zaimplementowanymi wzorami na wartości parametrów a oraz b, które zapewniają takie właśnie optymalne dopasowanie prostej do punktów. 
Tak dopasowana prosta będzie - najprawdopodobniej - inna niż ta optymalna.  Ją także charakteryzuje suma odległości punktów - oznaczmy ją przez S. Suma ta będzie większa niż SIndeks dolny 0, ewentualnie równa SIndeks dolny 0, to zrozumiałe.

Przyjmijmy, że miarę dopasowania prostej jest iloraz S 0 S i wyrażajmy go w procentach.

Polecenie 1

Wykorzystaj grafikę i sprawdź, na ile dokładnie potrafisz dopasować prostą do chmury losowo ułożonych punktów. Mianem celności określa się tam właśnie iloraz S 0 S . Nie zrażaj się początkowymi niepowodzeniami - wyniki powyżej 90% są naprawdę trudne do uzyskania i wymagają niemałej praktyki. 
Przy okazji zwróć uwagę na trudność, jaką sprawia konieczność operowania dwoma parametrami.

R1Uk48l8nc2ph
Polecenie 2

Namów koleżankę czy kolegę do drobnej rywalizacji o to, kto w dziesięciu próbach uzyska najwyższą średnią miarę dopasowania. 
Możecie dodatkowo utrudnić sobie zadanie - ograniczcie czas na ustawianie prostej, licząc od kliknięcia „Jeszcze raz”.  Po tym czasie grający nie może już zmieniać wartości parametrów i tylko sprawdza swój wynik.

1
Polecenie 3

Zapewne udało Ci się odkryć drugą możliwość, jaką daje grafika. Opisz, w kilku punktach, te możliwości. Zastosuj konwencję, w której przygotowujesz instrukcję obsługi dla anonimowego użytkownika tej grafiki. 
Porównaj swój opis z wzorcowym rozwiązaniem tego problemu.

uzupełnij treść

Zapoznaj się z opisem grafiki interaktywnej, a następnie postaraj się rozwiązać zaproponowane ćwiczenia.

Grafikę interaktywną stanowi symulacja, która pozwala na dopasowanie przez użytkownika parametrów prostej funkcji liniowej do zgromadzonych punktów eksperymentalnych. Ekran grafiki podzielony jest na cztery części widoczne jedna pod drugą. Tło wszystkich części grafiki jest błękitne. W drugiej od góry części grafiki przedstawiony jest prostokątny układ współrzędnych, ograniczony czarnymi liniami. Oś pionowa układu, oznaczona małą literą y,  skierowana jest w górę. Oś pozioma układu, oznaczona małą literą x, skierowana jest w prawo. W układzie widocznych jest kilka punktów eksperymentalnych, narysowanych w postaci czerwonych kropek. Widoczna jest również funkcja liniowa narysowana fioletową ciągłą linią. Użytkownik może dopasować funkcję liniową do punktów eksperymentalnych przy pomocy suwaków widocznych w najwyższej części grafiki. W górnej części grafiki znajdują się dwa suwaki opisane małą literą a i małą literą b. Za pomocą górnego suwaka opisanego małą literą użytkownik może zmieniać współczynnik kierunkowy dopasowanej prostej, a zatem regulować kąt pomiędzy dopasowaną prostą a osiami układu współrzędnych. Za pomocą suwaka dolnego opisanego małą literą b użytkownik może zmieniać wartość na osi pionowej układu, gdzie dopasowana funkcja przecina tę oś. Kiedy użytkownik zdecyduje, że dopasowana przez niego prosta najlepiej odzwierciedla punkty eksperymentalne może skorzystać z przycisku zobacz wynik. Po kliknięciu lewym przyciskiem myszy tego przycisku, w trzecim od góry sektorze grafiki pojawia się wynik prezentujący najlepiej dopasowaną prostą i jej współczynniki mała litera a oraz mała litera b wyznaczone metodą najmniejszych kwadratów. W tej części grafiki pojawia się również informacja o tym, w jakim stopniu użytkownikowi udało się dopasować prostą do wyniku idealnego. Skuteczność dopasowania przez użytkownika prostej do punktów pomiarowych wyrażana jest w procentach. W najniższej części grafiki przedstawiono prostokątny układ współrzędnych, ograniczony czarnymi liniami. Oś pionowa tego układu skierowana jest w górę i opisana małą literą b. Oś pozioma tego układu skierowana jest w prawo i opisana małą literą a. Osie układu prezentują parametry dopasowanej funkcji liniowej.  W układzie widoczny jest czarny punkt o współrzędnych takich samych jakie te, które użytkownik zadeklarował, dopasowując prostą. Wokół punktu pojawia się elipsa prezentująca maksymalne odstępstwa od wartości współrzędnych punktu, wyznaczone metodą najmniejszych kwadratów.

R1PyEZFClm2RL
Ćwiczenie 1
Ćwiczenie alternatywne. Zaznacz odpowiedź poprawną: Dopasowana metodą najmniejszych kwadratów do punktów eksperymentalnych funkcja liniowa charakteryzuje się tym, że: Możliwe odpowiedzi: 1. przechodzi ona przez wszystkie punkty eksperymentalne, 2. przechodzi przez maksymalną możliwą ilość punktów eksperymentalnych, 3. średni kwadrat jej odległości od wszystkich punktów eksperymentalnych jest najmniejszy
R4sOvNzn2aHTq
Ćwiczenie 2
Ćwiczenie alternatywne. Zaznacz odpowiedź poprawną: Zmiana wartości współczynnika kierunkowego funkcji liniowej dopasowanej do punktów eksperymentalnych skutkuje: Możliwe odpowiedzi: 1. Zmianą wartości na osi wartości funkcji, w których funkcja liniowa przecina tę oś., 2. Zmianą wartości na osi dziedziny, w których funkcja liniowa przecina tę oś., 3. Zmianę kąta nachylenia dopasowanej prostej względem osi układu współrzędnych.
R2YG8Mazqcnlg
Ćwiczenie 3
Ćwiczenie alternatywne. Zaznacz odpowiedź poprawną: Zmiana wartości wyrazu wolnego w funkcji liniowej dopasowanej do punktów eksperymentalnych skutkuje: Możliwe odpowiedzi: 1. Zmianą wartości na osi wartości funkcji, w których funkcja liniowa przecina tę oś., 2. Zmianą wartości na osi dziedziny, w których funkcja liniowa przecina tę oś., 3. Zmianę kąta nachylenia dopasowanej prostej względem osi układu współrzędnych.