O conceito de propagação de erros

Uma forma menos extrema do velho ditado "lixo no lixo para fora é igual a" é "difusa em igual a difusa". flutuações aleatórias em uma ou mais variáveis ​​medidas produzem flutuações aleatórias em qualquer coisa que você calcular a partir dessas variáveis. Este processo é chamado de a propagação de erros. Você precisa saber como medição de erros propagam através de um cálculo que você executar em uma quantidade medida.

Aqui está uma maneira simples de estimar o SE de uma variável (Y), Que é calculado a partir de praticamente qualquer expressão matemática que envolve uma única variável (x). Começando com o observado x valor (Xo) E seu desvio-padrão (SE), Basta fazer o seguinte cálculo de 3 etapas:

  1. Avaliar a expressão, substituindo o valor de Xo - SE para x na fórmula. Ligue para o resultado Y1.

  2. Avaliar a expressão, substituindo o valor de Xo + SE para x na fórmula. Ligue para o resultado Y2.

  3. o SE do Y é simplesmente (Y2 - Y1) / 2.

Aqui está um exemplo que mostra como (e por que) esse processo funciona.

Suponha que você medir o diâmetro (d) De uma moeda de 2,3 centímetros, usando uma pinça ou governante que você sabe (a experiência do passado) tem um SE de # 177- 0,2 centímetros. Agora dizer que você quer calcular a área (UMA) Da moeda a partir do diâmetro medido.

Se souber que a área de um círculo é dada pela fórmula

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pode calcular a área imediatamente da moeda como

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que você pode trabalhar para fora em sua calculadora para obter 4.15475628 centímetros quadrados. Claro, você nunca iria relatar a área nesta quantidade de dígitos porque você não medir o diâmetro de forma muito precisa. Então, o quão precisa é a sua zona de cálculo? Em outras palavras, como é que isso # 177- 0,2 centímetros SE de d propagar através da fórmula para dar origem ao SE de UMA?

Uma maneira de responder a esta pergunta seria considerar um margem de ErroR (ME) em torno do diâmetro observado (d) Que vai de uma SE abaixo d para uma acima SE d. O ME é sempre duas SEs de largura. No exemplo da moeda, ME do diâmetro estende 2,3-0,2 para 2,3 + 0,2, ou de 2,1 a 2,5 centímetros.

Agora descobrir as áreas correspondentes aos diâmetros nas extremidades inferiores e superiores do ME. Usando 2.1 para d na área de fórmula dá UMA = 3,46, e utilizando 2,5 de dUMA = 4,91. Assim, o ME para a área da moeda vai de 3,46 a 4,91 centímetros quadrados.

A largura desta ME é de 4,91 - 3,46, ou 1,45 centímetros quadrados, o que representa duas SEs para a área. Assim, a SE da área é de 1,45 / 2, ou 0,725 centímetro quadrado.

A linha curva representa a fórmula UMA = 960- # / 4) X d2. As setas escuras mostram como o diâmetro medido (2,3 centímetros), quando conectado a fórmula, produz uma área calculada de cerca de 4,15 centímetros quadrados. As setas cinzentas de cor mais clara representam as extremidades inferiores e superiores do ME e mostrar como o ME para o diâmetro produz um ME para a área.

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A SE da área depende do SE de o diâmetro e a inclinação da curva. Na verdade, o SE da área é igual ao diâmetro da SE multiplicado pela inclinação da curva.

Infelizmente, o processo simples ilustrado neste exemplo, não pode ser generalizado para lidar com as funções de duas ou mais variáveis, tais como o cálculo do índice de massa corporal de uma pessoa de estatura e peso.

Os matemáticos têm derivada uma fórmula muito geral para o cálculo (aproximadamente) como SEs em uma ou mais variáveis ​​propagar através de qualquer expressão envolvendo essas variáveis, mas é muito complicado, e para usá-lo você tem que ser realmente bom em cálculo ou você vai quase certamente cometer erros ao longo do caminho.

Felizmente, existem alternativas muito melhores:

  • Você pode usar algumas simples fórmulas erro de propagação para expressões simples.

  • Ainda mais fácil, você pode ir para uma página web que faz os cálculos erro de propagação para as funções de uma ou duas variáveis.

  • Você pode usar uma abordagem muito geral de simulação que pode facilmente analisar como erros propagam através até mesmo as expressões mais complicadas, envolvendo qualquer número de variáveis.

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