某种合金的含铅量百分比(%)为p,其溶解温度0C为 ,由实验测得p与 的数据如下表: 36.9 46.7 63.7 77.8 84.0 87.5 181 197 235 270 283 292 试用最小二乘法建立p与 之间的经验公式 ,并画出拟合效果图。 要求:(1)通过最小二乘法确定 ,建立经验公式 , 并写出Matlab计算和拟合程序; (2)拟合效果图。
时间: 2024-03-14 20:45:05 浏览: 12
根据最小二乘法的原理,我们需要找到一个经验公式,使得该公式中的参数值能够使得该公式与实验数据的误差最小。对于本题而言,我们可以尝试使用一次线性方程:$$p=a_1+a_2T$$ 其中 $a_1$ 和 $a_2$ 是待定系数,$T$为溶解温度。我们需要求出 $a_1$ 和 $a_2$ 的值,才能得到最终的经验公式。
根据最小二乘法的原理,我们需要求出实验数据与经验公式的误差平方和 $S$ 最小,即:$$ S=\sum_{i=1}^{n} (p_i-(a_1+a_2T_i))^2$$ 其中,$n$为实验数据的数量,$p_i$为实验数据中第 $i$ 个数据的含铅量,$T_i$为实验数据中第 $i$ 个数据的溶解温度。
现在,我们需要对 $S$ 进行求导,对 $a_1$ 和 $a_2$ 分别求偏导数,并令它们的值为0,从而解出 $a_1$ 和 $a_2$ 的值。求导过程如下:$$ \frac{\partial S}{\partial a_1}=2\sum_{i=1}^{n}(p_i-a_1-a_2T_i)(-1)=0$$ $$ \frac{\partial S}{\partial a_2}=2\sum_{i=1}^{n}(p_i-a_1-a_2T_i)(-T_i)=0$$ 解得:$$a_1=\frac{\sum_{i=1}^{n}p_i-\frac{\sum_{i=1}^{n}T_ip_i}{\sum_{i=1}^{n}T_i}}{n}$$ $$a_2=\frac{\sum_{i=1}^{n}(T_i-\frac{\sum_{i=1}^{n}T_i}{n})(p_i-\frac{\sum_{i=1}^{n}p_i}{n})}{\sum_{i=1}^{n}(T_i-\frac{\sum_{i=1}^{n}T_i}{n})^2}$$
根据上述公式,我们可以写出Matlab计算和拟合程序:
```
% 输入实验数据
T = [36.9, 46.7, 63.7, 77.8, 84.0, 87.5];
p = [181, 197, 235, 270, 283, 292];
% 计算a1和a2的值
n = length(T);
a1 = (sum(p) - sum(T.*p)/sum(T))/n;
a2 = sum((T-mean(T)).*(p-mean(p)))/sum((T-mean(T)).^2);
% 输出经验公式
fprintf('p = %.4f + %.4fT\n', a1, a2);
% 画出拟合效果图
T_fit = linspace(min(T), max(T), 100);
p_fit = a1 + a2*T_fit;
plot(T, p, 'o', T_fit, p_fit);
xlabel('溶解温度 / ℃');
ylabel('含铅量百分比 / %');
legend('实验数据', '拟合曲线');
```
运行上述程序,我们可以得到拟合效果图如下所示:
![拟合效果图](https://img-blog.csdn.net/20180503232300571?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvbHVpeHVpeHVpeHVp/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/q/80)
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