T. Kießling: Fortgeschrittene Fehlerrechnung- Verteilungsfunktionen Vorlesung 1-1
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- Benedict Friedrich
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1 T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug -
2 Fortgeschrttee Fehlerrechug P FR Fortgeschrttee Fehlerrechug ud coputergestütztes Arbete Vorlesug Übug Dese Modul st Plcht ür alle Studerede t Studezel: Phsk (BP, Naostrukturtechk (BN, Matheatsche Phsk (BMP. Es st vorgesehe ür das verte Seester ud det der Vorberetug der höhere Praktkusodule. (Bachelor C Modul, Master F Praktku De Ihalte des Moduls P FR werde ür de C Praktkusodule als beherrscht vorausgesetzt. T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug -
3 Aküdgug Tere Zeldatu Thea Woru geht es?.4.8 Vertelugsuktoe Possovertelug, Ch Quadrat Vertelug Hpothesetest Sgkaztests allgee, Ch Quadrat Test Korrelatoe Kovaraz, learer Korrelatoskoezet.5.8 Regresso I Possosche Regresso Regresso II Apassug t Poloe Regresso III Apassug t orthogoale Fuktoe Regresso IV Nchtleare Apassug Modelletwcklug Beurtelug der Überestug vo Messug ud Modell Leorapassug Apassug a Loretz /Gausskurve t Utergrud.6.8 Weterührede Thee Ege Überleguge zur Metrologe T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 3
4 Übugsaugabe - Orgasatorsches De Ausgabe der eue Übugsblätter st: Fretag, :45 :5 Uhr Studetebüro Der Abgabeter der bearbetete Übugsblätter st: Folgeder Fretag, 3: Uhr Fehlerrechugsbrekaste T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 4
5 Lteratur De Verastaltug basert wesetlch au olgede Lehrbücher J. Hartug: Statstk: Lehr ud Hadbuch der agewadte Statstk", 9 P. Bevgto: "Data Reducto ad Error Aalss or the Phscal Sceces", 3 Fole: grudpraktku/ortgeschrttee-ehlerrechug/ Sorr, das st oekudg weg koortabel Das Hadout st ledglch e grobes Gerüst. Es ersetzt weder de Besuch der Vorlesug och de tesve Beschätgug t de Sto. T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 5
6 Zetrale Fragestelluge Wr ühre ee Messug durch ud erhalte olgede Werte 75, X Y, 5,4,7 54,6,96 57,7,98 59,5 4,5 6,7 5, 65,6 5,93 67, 7, 69, 8,4 7,8 Y 7, 65, 6, 55, 5, Testessug zur leare Regresso,, 4, 6, 8, X. We köe wr objektv beurtele, wewet de Date usere Aahe erülle ud wrklch eer bestte Fukto (her eer Gerade olge?. Ageoe de Bezehug zwsche ud st lear, welche Gerade passt a beste zu de Messwerte? T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 6
7 Vorüberleguge a b. Für jedes X gbt es ee Wahrschelchket P de Messwert Y zu erhalte. P Noralvertelug der Messwerte: ep T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 7
8 T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 8 ep P Vorüberleguge De Wahrschelchket usere Datesatz be N Messpukte geau so zu beobachte st da gegebe durch: (, ep ep N N N N Pa b P De beste Gerade legt da vor, we de Wahrschelchket aal wrd. Das st der Fall, we der Epoet al wrd. N N a b
9 Vorüberleguge Das gesate wetere Vorgehe beruht also au der Aahe, dass usere Datepukte vertelt sd ach: P ep We köe wr objektv beurtele, wewet de Date usere Aahe erülle ud wrklch eer Noralvertelug olge? Ist es öglch usere bsherge Überleguge zur Awedug zu brge, we de Date eer adere bekate Vertelug olge? T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 9
10 Vertelugsuktoe III: Wederholug Possovertelug Ch-Quadrat-Vertelug T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug -
11 . De Boalvertelug Dskrete Wahrschelchketsvertelug Was bsher geschah W p p Beschrebt Azahl der Erolge be Sere glechartger ud uabhägger Versuche t ur zwe öglche Ergebsse (Beroull - Eperet W( beschrebt, ür gegebee Erolgswahrschelchket p, de Wahrschelchket be Versuche geau Erolge zu erzele. Norert, d. h. Sue über alle W( st es. Erwartugswert M = p Varaz: = p (-p = M (-p T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug -
12 Was bsher geschah. De Noralvertelug Kotuerlche Vertelug G( ep M Setrsch u de Erwartugswert M, geht schell gege ull we ( - M groß wrd Stadardabwechug gegebe durch, Wedepukt der Vertelugsukto Norert, d. h. e M d Fehlerukto P erhalb e dz z I Grezall kovergert Boalvertelug gege Noralvertelug T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug -
13 Vo der Boal- zur Noralvertelug Beroull- Vertelug dskret Paraeter: =, p Boal-Vertelug dskret Paraeter:, p B ( p cost. Gauss-Vertelug Noral-Vertelug kotuerlch Paraeter:, G ( Wr ache ee Messug De Messwerte setze sch aus eer große Zahl vo klee Eleetarehler zusae, de u de wahre Wert (Mttelwert vertelt sd. De Eleetarehler trete al au, al postv ud - al egatv. Der Fehler setzt sch sot zusae aus (p = /: = -(- = - [ = / + / ] T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 3
14 Vo der Boal- zur Noralvertelug De Wahrschelchket daür, dass der Fehler al postv ud - al egatv autrtt wrd durch de Boal-Vertelug gegebe: P p P P + P + P+3 P+4 p!!! De Vertelug st treppeörg Lasse wr er kleer werde ud er größer, da wrd de Azahl der Stue er größer, de Kurve er "glatter". Versuch, ee Fukto zu de, de de Verlau beschrebt T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 4
15 T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 5 P P P P ud P P P De Rechug soll durchgeührt werde ür Fehler, de kle sd gege de aale Fehler, also << ud >>. sowe P P [ = / + / ] Vo der Boal- zur Noralvertelug = -(- = -
16 Vo der Boal- zur Noralvertelug P P [ = / + / ] P P P dp d - - = - / ud der Neer + = / + / / Abkürzug : = dp d P dp P d lp cost P d e d T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 6
17 Wa st der Pras gut erüllt? Was ehlt? FAUSTREGEL: p > 9 d. h. hreched groß ud p cht zu kle. je asetrscher de Boalvertelug, desto größer uss se u gut durch Noralvertelug geähert zu se. Was passert, we p sehr kle st? Betrachte wr de Fall ud p, t der Nebebedgug p = kostat. T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 7
18 Possovertelug T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 8
19 Vo der Boal- zur Posso-Vertelug p p Boalvertelug W Gesucht: W( ür ud p = /! l W l (!! ( ( ( l! l! l! T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 9
20 Vo der Boal- zur Posso-Vertelug l W l! Kurze Ererug: Euler sche Zahl ud Näherugsorel Epoetalukto e l Dat: l W e! Des wrd als Posso`scher Grezwertsatz oder als Gesetz selteer Eregsse bezechet. T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug -
21 Posso-Vertelug e! De Vertelug: P, wobe,,,3,... heßt Possovertelug oder Vertelug selteer Eregsse. st de Azahl vo Eregsse eer bestte Zet oder ee bestte Volue, wobe e bestter Mttelwert solcher Eregsse erwartet werde ka. De Eregsse üsse zuällg ud uabhägg voeader se. De Vertelug st dskret ud asetrsch. T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug -
22 T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - Kosstez: We groß st der Mttelwert (Erwartugswert? e P! Der erste Ter der Sue st Null. Der Faktor /! ka durch /(-! ersetzt werde. e...!!! e 3 3 Das heßt der Paraeter, der de Posso-Vertelug charaktersert, st glech der ttlere Azahl der gezählte Eregsse, de erwartet wrd, we wr das Zähleperet vele Male wederhole. Posso-Vertelug
23 T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 3 We groß st de Stadardabwechug? Zuächst Berechug der Varaz! e! e! e! e! e Posso-Vertelug
24 T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 4 e σ! e! ersetze vo t ( ( - +, ührt zu! e! e! e Ersetze vo - durch, suere vo = ergbt ür de Sue de Wert es ud dat wrd:! ( e! e Posso-Vertelug Verschebugssatz:
25 Posso-Vertelug De Stadardabwechug st sot glech der Wurzel aus de Mttelwert. Der Fehler des Mttelwertes st gegebe durch: wobe de Azahl der Messuge st, de wr verwedet habe, u de Mttelwert zu beste. Der relatve Fehler der Posso-Vertelug st sot: T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 5
26 Posso-Vertelug De Awedug der Posso-Vertelug st bret geächert: Azahl der Teleogespräche, de eer bestte Zet be eer Fra etree. Azahl der Kude a ee Bakschalter pro Zetehet. Azahl der Baktere pro Lter Nährlösug. Azahl der Verkehrsuälle pro Zetehet a eer Kreuzug. Azahl der eer bestte Zet zerallede Atokere. T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 6
27 Posso-Vertelug Bespel: A eer Kreuzug de pro Woche zwe Verkehrsuälle statt. De Häugket der Verkehrsuälle wrd durch ee Possovertelug t = beschrebe. We groß st de Wahrschelchket daür, dass eer Woche ke Uall stattdet? P e! P e! e T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 7
28 Posso-Vertelug Bespel: A eer Kreuzug de pro Woche zwe Verkehrsuälle statt. De Häugket der Verkehrsuälle wrd durch ee Possovertelug t = beschrebe. We groß st de Wahrschelchket daür, dass weger als ver Verkehrsuälle zwe Woche stattde? P( 3 = P( + P( + P( + P(3 =.4335 P 4 4 e! e P! e P! P e 3! Ählche Frage sd z. B. we vele Kder werde pro Tag ee Krakehaus gebore? (Jahreszetlche Schwakuge!!. Legt tatsächlch ee Possovertelug vor? Qualtatver graphscher Verglech Quattatv ttels -Test T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 8
29 Posso-Vertelug,5 Posso-Wahrschelchket ür erwartete zwe Uälle pro Woche Uallwahrschelchket,,5,,5, Azahl der Uälle T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 9
30 Posso-Vertelug Betrachte de Azahl der Uälle a der Kreuzug über e Jahr: Possovertelt? Azahl Uälle Häugket Relatve Häugket 7,346 4,693 6, , ,769 5,93 6 7,93 8 We groß st der Mttelwert? T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 3
31 Posso-Vertelug Azahl Uälle Häugket Relatve Häugket 7,346 4,693 6, , ,769 5,93 6 7,93 8 ( /5,94 T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 3
32 Posso-Vertelug Betrachte de Azahl der Uälle a der Kreuzug über e Jahr: Possovertelt? Azahl Uälle Häugket Relatve Häugket Possowahr. 7,346,44 4,693,79 6,3769,7 3 9,738,75 4 4,769,85 5,93,33 6, 7,93,3 8, T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 3
33 Posso-Vertelug Uallwahrschelchket,3,5,,5,,5 Relatve Häugket Azahl Uälle Possowahrschelchket ür erwartete,9 Uälle Überestug gut?, Azahl der Uälle T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 33
34 Zusaehag der Posso- ud Noralvertelug Posso- Vertelug dskret Paraeter = P( Gauss-Vertelug Noral-Vertelug kotuerlch Paraeter:, = p G ( Vorlesug 5 44 T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 34
35 Zusaehag der Verteluge Beroull Vertelug dskret Paraeter: =, p Boal Vertelug dskret Paraeter:, p B ( p Posso Vertelug dskret Paraeter = P( p cost. Gauß Vertelug Noral Vertelug kotuerlch Paraeter:, G ( = p T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 35
36 Zusaehag der Verteluge Ist de Populato edlch? JA NEIN Ist groß? Ist p > 9? JA NEIN JA NEIN Hpergeoetrsch Gauß Posso Boal T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 36
37 Ch-Quadrat-Vertelug T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 37
38 Ch-Quadrat der deskrptve Statstk Allgeee Deto : k E k T k T k E k st de eperetelle Häugket T k st de theoretsch erwartete Häugket Wr wederhole ee Messug vele (N Male, asse de Messwerte -Klasse zusae ud erttel de Azahl der Beobachtuge E k, de de Klasse k alle. Bespel: Sehe Übugsaugabe zur Posso-Vertelug Uter der Voraussetzug, dass de Messwerte der erwartete Vertelug olge, bereche wr de theoretsch erwartete Zahl vo Messwerte der k-te Klasse. T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 38
39 Ch-Quadrat der deskrptve Statstk Allgeee Deto : k E k T k T k E k st de eperetelle Häugket T k st de theoretsch erwartete Häugket Be = st de Überestug vollkoe. Des st praktsch e der Fall, also wrd > se. Wr üsse daher wsse, welche Streuug her erwartbar st. T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 39
40 Zetrale Ch-Quadrat-Vertelug Aahe: Wr betrachte Zuallsvarable Z,Z,..,Z dere Wahrschelchketsdchte ( =,, gegebe st durch ( ep Weterh: Z Z... Z We seht de Vertelug / Wahrschelchketsdchte deser Zuallsgröße aus? Für de wetere Überleguge ur Zuallsvarable Z t = ud =. Das bezechet a als N(,-vertelte Zuallsgröße. T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 4
41 T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 4 Zetrale Ch-Quadrat-Vertelug Für N(,-vertelte Zuallsgröße vereacht sch de Dchte zu: ; ep ( Se u = Z,da ergbt sch ür de Vertelugsukto : ( ( ( ( ( ( Z P Z P F ( F Ererug: De zugehörge Vertelugsukto st de bekate Fehlerukto: z dz e ud ür de zugehörge Dchte: ep ( ( F d d
42 T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 4 Zetrale Ch-Quadrat-Vertelug Betrachte wr als ächstes = Z +Z : d ( ( ( ep ( d ep ( ep ( ( ep u d Substtuto: arcs ( ( ( u du u du u u u d ; ep
43 T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 43 Betrachte wr weter = Z +Z + Z 3 : Zetrale Ch-Quadrat-Vertelug ep ( ep ( d ( ( ( 3 d ep ep d ep ep
44 T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 44 Zetrale Ch-Quadrat-Vertelug Ud och weter = Z +Z + Z 3 +Z 4 : ep ( ep ( d ( ( ( 4 ep 3 d ep ep ep 4, ep! ( Klee Ererug:! Dat erhält a schleßlch ür de Dchte ach Schrtte:
45 T. Keßlg: Fortgeschrttee Fehlerrechug- Vertelugsuktoe.4.8 Vorlesug - 45 Zetrale Ch-Quadrat-Vertelug, ep! (
Einführung Fehlerrechnung
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