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Funktion aus 3 Stützstellen

Dienstag, 24. März 2009, 22:19

Hi

ich steh gerade etwas auf der Leitung und versuche aus drei Stützstellen, mir eine Funktion zu generieren, die mir weitere Ergebnisse liefert (sind dann natürlich Fehlerbehaftet).

Aber irgendwie komme ich nicht zum Ziel. Hab da noch düster etwas mit dem Newton Verfahren im Kopf, aber war da nicht was, dass ich mir mit den Newton Verfahren nur funktion bei 3 stützstellen erzeugen kann, die Parabelform also x^2 Form haben?

Wie löse ich sonst sowas am Besten?

Gesucht: x1=91 y1=4,35 x2=218 y2=3 x3=380 y2=2,8

Wie bastelt man sich hieraus am Besten ne Funktion wo man z.B. x=250 einsetzt und ein y erhält, das nen Fehler von max 0,01 hat?

Gibt es für sowas keine netten Programme?

Danke Gruß
Ö

P.S.: Das reine Ergebnis nützt mir nicht wirklich was würde es auch gerne für andere Werrte nutzen, deshalb ist der Weg das Ziel.

Dienstag, 24. März 2009, 22:53

Hast du nur die Daten?
Mit den Daten alleine kann man numerisch ein Newton Tableu erstellen, wo man schlussendlich das X einsetzen kann. Damit bestimmst du also für beliebige x einen Näherungswert für y.

Will ich nun den Fehler der Ausgabe bestimmen, so brauch ich in der numerischen Lösung bei einem Polynom vom Grad n die n+1te Ableitung und daraus das betragsmaximum. und auch das maximum des Knotenpolynoms |(x-x1)(x-x2)(x-x3)...| und dessen produkt ist dann kleiner gleich dem echten Fehler.
Aber dazu brauchst du halt auch eine ungefähre Funktion aus welchen F(x)=y bestimmt wurde

RE: Funktion aus 3 Stützstellen

Mittwoch, 25. März 2009, 00:35

... Hab da noch düster etwas mit dem Newton Verfahren im Kopf, aber war da nicht was, dass ich mir mit den Newton Verfahren nur funktion bei 3 stützstellen erzeugen kann, die Parabelform also x^2 Form haben?

Rein mathematisch "passt" eine Kurve (n-1)-ter Ordnung immer genau durch n Punkte.
Nur ist das in der Praxis nicht hübsch und bei realen Aufgabenstellungen meißt ziemlich falsch, weil Polynome zwischen den Stützstellen ziemlich "wilde Werte" annehmen.

Zitat

Wie bastelt man sich hieraus am Besten ne Funktion wo man z.B. x=250 einsetzt und ein y erhält, das nen Fehler von max 0,01 hat?

In der Praxis wird gerne Spline verwendet, weil der so schön brav und einfach ist.
Für eine Fehlerabschätzung musst Du allerdings entweder die Originalfunktion oder weitere Messwerte in Deinem Interpolationsbereich kennen.

Zitat

Gibt es für sowas keine netten Programme?

Regressions- und Interpolations-Programme gibt's mit Sicherheit mehr als genug - Das nutzt Dir nur nix, wenn Du "den Weg" kennen willst.

Guck' doch mal nach - Der (kubische) Spline ist wirklich einfach:
Zwischen zwei Stützstellen (n und n+1) gibt's jeweils ein Polynom 3ter Ordnung (anx^3 + bnx^2 + cnx + dn) mit folgenden Bedingungen:
Die Werte an den Stützstellen müssen stimmen (2 Gleichungen)
Die Ableitungen an den Stützstellen müssen gleich sein, wie die Ableitungen der angrenzenden Polynome (nochmal zwei Gleichungen)
Das gibt dann ein nettes Gleichungssystem für die ganzen unbekannte Koeffizienten an bn bn dn

Die (dünn besetzte) Matrix mit einer diagonalen "Band-Struktur" erschlägt man z.B. mit Gauß-Jordan (mein persönlicher Liebling) -> fertig.
Viele Diagonal-Matrizen sind positiv definit (ich mag den Nachweis jetzt nicht nachgucken) - falls das der Fall ist, geht's mit dem Cholesky noch schneller.als mit Pivots.

mfg, Thomas

Edit:
Da Du nur 3 Punkte hast, kann man natürlich einfach eine (quadratische) Parabel hineinbasteln:
Punkte: (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3)
Das gibt die Gleichungen: a * xn2 + b * xn + c = yn

1. a * x12 + b * x1 + c = y1
2. a * x22 + b * x2 + c = y2
3. a * x32 + b * x3 + c = y3

Wie man 3 Gleichungen (1, 2, 3) mit 3 Unbekannten (a, b, c) auflöst, muß ich ja nicht erklären.

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »Tom_H« (25. März 2009, 09:53)

Mietz

unregistriert

Mittwoch, 25. März 2009, 14:53

Mein taschenrechner kann sowas. Casio CFX-9850GC Plus (das bunte teil was man fast an jedem Gymnasium hat) im Statistik Menü.
der spuckt mir für deine werte folgendes aus:
f(x)=3,2509*10^-5x²-0,0206754x+5,96225369

und für f(250)=2,82521619

Man kann das natürlich auch schön zu Fuß machen wie Tom es geschrieben hat, dauert aber halt nen Moment bis man das fertig hat ^^

Mittwoch, 25. März 2009, 15:25

wenn du keine werte ausserhalb des gegeben bereiches brauchst würde auch ich zur spline-interpolation raten. das kommt der "Realität" meist am nächsten.

Allerdings würde mich schon mal interessieren wie man sicherstellen will dass der Fehler max 0,1 ist...
"When mountains speak, wise men listen" - John Muir

Mittwoch, 25. März 2009, 19:39

Hi

danke für die vielen guten Antworten. Der Begriff Splines ist mir dazu auch eingefallen, wußte nur nicht mehr 100% ob man sowas hierfür anwenden kann.
Danke @Tom dass ich jetzt weis, dass es geht und in etwa wie.
Ich muß mal in den tiefen meiner Sicherungsdaten wühlen. Zu Splines hab ich sogar mal ein eigenes C-Programm geschrieben, wobei wohl
aussagekräftiger ist, dass ich heute schon fast nicht mehr weiß was es ist ;(

Ich versuch das mal zu finden.

Alternativ habe ich den Taschenrechner Casio FX991-ES, da hab ich auchmal kurz versucht sowas hinzubekommen, aber habe nur die andere Richtung gefunden.
funktion eingeben und Werte in einer Tabelle ausgegeben bekommen.

Euch erstmal vielen lieben Dank.
Ich muß mich jetzt erstmal auf den Hosenboden setzen und das "aufarbeiten".
Echt furchtbar so ein Berufsleben man kommt zu nichts mehr ....
Als Studi konnte man über sowas wochenlang tüddeln.

Gruß
Ö

Freitag, 27. März 2009, 11:47

ich weiss ja nicht was du studiert hast, aber wochenlang über sowas tüddeln 8| :P

also bei mir ist das nicht wirklich drin
"When mountains speak, wise men listen" - John Muir

Freitag, 27. März 2009, 20:30

Gutes Datenfitting geht zB mit Labfit, das hat eine Auswahl an Funktionen im Angebot und berechnet die Fehler und kann das auch graphisch ausgeben. Habe ich zuletzt benutzt um Materialeigenschaften von Metallen bei Tieftemperaturen funktional auszuwerten. Oder man schreibt sich eine eigene Routine (zB Visual Basic) für Excel. Die Basis von 3 Messwerten ist aber ziemlich dünn, außer man erwartet einen linearen Verlauf.

mfg, avalon.one

Freitag, 27. März 2009, 21:04

Hi

so vielen Dank für Eure Tips.
habs jetzt mit der quadratischen Parabel von Tom gelöst und das Ergebnis ist ausreichend für meine Zwecke.
Die Splines werde ich mir mal an nem verregneten freien Tag wieder reinfahren.

Danke Gruß
Ö

P.S.: @Lev wollte damit sagen, dass man da noch mehr Freiraum hatte um an sowas zu tüfteln und jetzt vermisse ich das machmal.
@avalon danke guck mir dieses labfit mal an, wenn es freeware bzw shareware. Für VB brauche ich verregnete freie Wochen :rolleyes:

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