Функция y=y(x) задана таблицей своих значений. Применяя метод наименьших квадратов, приблизить функцию многочленами 1-й и 2-й степеней. Для каждого приближения определить величину среднеквадратичной погрешности. Построить точечный график функции и графики многочленов.
x -1,4 -0,7 0 0,7 1,4
y -1,3 -4,1 -1,3 1,4 4,7
Решение
При нахождении приближающей функции в виде многочлена первой степени y=ax+b, коэффициенты выражаются из системы двух линейных уравнений с двумя неизвестными:
S=i=0m(yi-fxi)2=i=0m(yi-(axi+b))2,
∂F(a,b)∂a=0,∂F(a,b)∂b=0.
ai=1nxi2+bi=1nxi=i=1nxiyiai=1nxi+nb=i=1nyi
откуда
a=ni=1nxiyi-i=1nxii=1nyini=1nxi2-i=1nxi2b=i=1nyi-ai=1nxin
x -1,4 -0,7 0 0,7 1,4 0
y -1,3 -4,1 -1,3 1,4 4,7 -0,6
xy
1,82 2,87 0 0,98 6,58 12,25
xi2
1,96 0,49 0 0,49 1,96 4,9
a=5*12,25-05*4,9-02=2,5
b=-0,6-05=-0,12
y=2,5x-0,12.
Определим величину среднеквадратичной погрешности для функции y=2,5x-0,12.
S1=i=0m(yi-(2,5x-0,12))25=0,736,
При нахождении приближающей функции в виде y=ax2+bx+c, коэффициенты выражаются из системы двух линейных уравнений с тремя неизвестными:
S=i=0m(yi-fxi)2=i=0m(yi-(axi2+bxi+c))2,
∂F(a,b,c)∂a=0,∂Fa,b,c∂b=0,∂Fa,b,c∂c=0.
ai=1nxi2+bi=1nxi+nc=i=1nyiai=1nxi3+bi=1nxi2+ci=1nxi=i=1nxiyiai=1nxi4+bi=1nxi3+ci=1nxi2=i=1nxi2yi
1 2 3 4 5
xi -1,4 -0,7 0 0,7 1,4 0
yi
-1,3 -4,1 -1,3 1,4 4,7 -0,6
xi2 1,96 0,49 0 0,49 1,96 4,9
xi yi
1,82 2,87 0 0,98 6,58 12,25
xi3 -2,744 -0,343 0 0,343 2,744 0
xi4 3,8416 0,2401 0 0,2401 3,8416 8,1634
xi2yi -2,548 -2,009 0 0,686 9,212 5,341
Система уравнений примет вид:
4,9a+5c=-0,64,9b=12,258,1634a+4,9c=5,341
Откуда
a=1,764,
b=2,5,
с=-1,849,
y=1,764x2+2,5x-1,84857.
S2=i=0m(yi-(1,764x2+2,5x-1,84857))25=0,351.
Графики функции: