Что такое распространение ошибок? (Определение и пример)


Распространение ошибки происходит, когда вы измеряете некоторые величины a , b , c , … с неопределенностями δ a , δ b , δc …, а затем хотите вычислить какую-то другую величину Q , используя измерения a , b , c и т. д.

Получается, что неопределенности δa , δb , δc будут распространяться (т.е. «растягиваться») на неопределенность Q.

Для вычисления неопределенности Q , обозначаемой δ Q , мы можем использовать следующие формулы.

Примечание. Для каждой из приведенных ниже формул предполагается, что величины a , b , c и т. д. имеют случайные и некоррелированные ошибки.

Сложение или вычитание

Если Q = a + b + … + c – (x + y + … + z)

Тогда δ Q = √ (δa) 2 + (δb) 2 + … + (δc) 2 + (δx) 2 + (δy) 2 + … + (δz) 2

Пример. Предположим, вы измеряете длину человека от земли до талии как 40 дюймов ± 0,18 дюйма. Затем вы измеряете длину человека от талии до макушки как 30 дюймов ± 0,06 дюйма.

Предположим, вы затем используете эти два измерения для расчета общего роста человека. Высота будет рассчитана как 40 дюймов + 30 дюймов = 70 дюймов. Неопределенность в этой оценке будет рассчитываться как:

  • δ Q = √ (δa) 2 + (δb) 2 + … + (δc) 2 + (δx) 2 + (δy) 2 + … + (δz) 2
  • δ Q = √ (.18) 2 + (.06) 2
  • δ Q = 0,1897

Это дает нам окончательное измерение 70 ± 0,1897 дюйма.

Умножение или деление

Если Q = (ab…c) / (xy…z)

Тогда δ Q = |Q| * √ (δa/a) 2 + (δb/b) 2 + … + (δc/c) 2 + (δx/x) 2 + (δy/y) 2 + … + (δz/z) 2

Пример: Предположим, вы хотите измерить отношение длины элемента a к элементу b.Вы измеряете длину a как 20 дюймов ± 0,34 дюйма, а длину b как 15 дюймов ± 0,21 дюйма.

Отношение, определенное как Q = a/b , будет рассчитано как 20/15 = 1,333.Неопределенность в этой оценке будет рассчитываться как:

  • δQ = | Q | * √ (δa/a) 2 + (δb/b) 2 + … + (δc/c) 2 + (δx/x) 2 + (δy/y) 2 + … + (δz/z) 2
  • δ Q = |1,333| * √ (0,34/20) 2 + (0,21/15) 2
  • δ Q = 0,0294

Это дает нам окончательное соотношение 1,333 ± 0,0294 дюйма.

Измеренное количество, умноженное на точное число

Если A точно известно и Q = A x

Тогда δ Q = |A|δx

Пример: предположим, что вы измеряете диаметр круга как 5 метров ± 0,3 метра. Затем вы используете это значение для вычисления длины окружности c = πd .

Длина окружности будет рассчитана как c = πd = π*5 = 15,708.Неопределенность в этой оценке будет рассчитываться как:

  • δ Q = |A|δx
  • δ = | π | * 0,3
  • δ Q = 0,942

Таким образом, длина окружности равна 15,708 ± 0,942 метра.

Неуверенность в силе

Если n — точное число и Q = x n

Тогда δ Q = | Вопрос | * | н | * (δ х/х )

Пример: предположим, что вы измеряете сторону куба как s = 2 дюйма ± 0,02 дюйма. Затем вы используете это значение для вычисления объема куба v = s 3 .

Объем будет рассчитан как v = s 3 = 2 3 = 8 дюймов 3.Неопределенность в этой оценке будет рассчитываться как:

  • δ = | Вопрос | * | н | * (δ х/х )
  • δ Q = |8| * |3| * (.02/2)
  • δ Q = 0,24

Таким образом, объем куба равен 8 ± 0,24 дюйма 3 .

Общая формула распространения ошибок

Если Q = Q(x) является любой функцией от x , то общая формула распространения ошибок может быть определена как:

δ Q = |dQ / dX |δx

Обратите внимание, что вам редко придется выводить эти формулы с нуля, но может быть полезно знать общую формулу, используемую для их вывода.

Замечательно! Вы успешно подписались.
Добро пожаловать обратно! Вы успешно вошли
Вы успешно подписались на кодкамп.
Срок действия вашей ссылки истек.
Ура! Проверьте свою электронную почту на наличие волшебной ссылки для входа.
Успех! Ваша платежная информация обновлена.
Ваша платежная информация не была обновлена.