38
Univerzitet u Beogradu – Građevinski fakultet www.grf.bg.ac.rs Studijski program: GEODEZIJA I GEOINFORMATIKA Modul: GEODEZIJA Godina/Semestar: II godina / 1 semestar Naziv predmeta (šifra): Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI) Nastavnik: Branko Božić Naslov predavanja: Metod najmanjih kvadrata Datum : 12.10.2020. Beograd, 2020. Sva autorska prava autora prezentacije i/ili video snimaka su zaštićena. Snimak ili prezentacija se mogu koristiti samo za nastavu na daljinu studenta Građevinskog fakulteta Univerziteta u Beogradu u školskoj 2020/2021 i ne mogu se koristiti za druge svrhe bez pismene saglasnosti autora materijala.

Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

  • Upload
    others

  • View
    9

  • Download
    1

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

Univerzitet u Beogradu – Građevinski fakultet

www.grf.bg.ac.rs

Studijski program: GEODEZIJA I GEOINFORMATIKA

Modul: GEODEZIJA

Godina/Semestar: II godina / 1 semestar

Naziv predmeta (šifra): Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

Nastavnik: Branko Božić

Naslov predavanja: Metod najmanjih kvadrataDatum : 12.10.2020.

Beograd, 2020.

Sva autorska prava autora prezentacije i/ili video snimaka su zaštićena. Snimak ili prezentacija se mogu koristiti samo za nastavu na daljinu studenta Građevinskog

fakulteta Univerziteta u Beogradu u školskoj 2020/2021 i ne mogu se koristiti za druge svrhe bez pismene saglasnosti autora materijala.

Page 2: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

Sadržaj

• Uvod

• Prosta aritmetička sredina

• Opšta aritmetička sredina

• Najbolja ocena parametara modela

• Varijanse i težine

• Jednostavniji MNK problemi – matrična interpretacija

• Primeri

Page 3: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

UVOD - Definicija i klasifikacija merenja

Crandall and Seabloom (1970): ‟Merenje predstavlja instrumentalnoupoređivanje nepoznate veličine sa poznatim standardom‟

Rezultat merenja je samo jedna aproksimacija vrednosti merene veličine

Tačnu vrednost nije moguće odrediti

Merenja po definiciji sadrže greške

Merenja mogu biti: a) direktna i b) indirektna

Page 4: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

UVOD-Klasifikacija grešaka merenja

Prema prirodi uticaja: a) grube (blunders, mistakes), b) sistematske i c) slučajne (accidental, random)

Slučajne greške – aksiomi: 1) greške male po intenzitetu se češće2) jednaka verovatnoće pojave pozitivnih i negativnih vrednosti grešaka 3) mala verovatnoća pojave grešaka velikih po intenzitetu

Page 5: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

UVOD-Greške i reziduali

Merena veličina: istinita ili najverovatnija vrednost ?

Najverovatnija vrednost = najbolja ocena

Ma koliki broj merenja realizovali nećemo dobiti istinitu vrednost

Aritmetička sredina spada u najbolju ocenu

Istinita vrednost - Rezultat merenja = Istinita greška

Najverovatnija vrednost – Rezultat merenja = Rezidual

Page 6: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

Gaussov princip najmanjih kvadrata (least squares principle)

"Zbir kvadrata odstupanja rezultata merenja od najverovatnije vrednosti je minimalan“ (Carl Friedrich Gauss,1795)

𝑖=1

𝑛

𝑝𝑖𝑣𝑖2 = 𝑚𝑖𝑛

pi – težine

vi - reziduali

Page 7: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

Prosta aritmetička sredina – princip MNK

Neka je slučajna veličina x merena n puta i neka su dobijene sledećevrednosti x1,x2,...,xn. Neka je µ istinita vrednost, a - aritmetička sredina. Tada je

x

n

x

n

xxxx

n

k

k

n

121 ...

kk xxv

Rezidual

𝐸 ҧ𝑥 = 𝜇

𝐷 ҧ𝑥 =𝜎2

𝑛

Page 8: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

Prosta aritmetička sredina – primena principa najmanjih kvadrata

ili

xvxxvxxvx nn ...,,, 2211

• Neka je realizovano n rezultata merenja x1,x2,...,xn neke

fizičke veličine. Po definiciji: Rezultat merenja + Rezidual =

Najbolja ocena

nn xxvxxvxxv ...,,, 2211

Princip najmanjih kvadrata: Najbolja ocena se dobija minimiziranjem sume

kvadrata reziduala

Nepoznatiparametar

Page 9: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

Prosta aritmetička sredina – primena principa najmanjih kvadrata

Neka je

n

k

kv1

2 ili

22

2

2

1

1

2 )(...)()( n

n

k

k xxxxxxv

Traži se 0

xd

d

0)(2...)(2)(2 21

nxxxxxxxd

d

n

x

n

xxxx

n

k

k

n

121 ...

Deobom obe strane sa 2 i

oslobađanjem od zagrade

dobija se

Page 10: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

Rešavanje sistema linearnih jednačina primenom MNK principa

povezuju dve nepoznate x i y sa opažanjima (7, 5 i 0.5)

Rešenje po prve dve daje x =0.5 i y =1.5, rešenje druge i treće daje x =0.65 i y =1.45…

Nekonzistentnost rešenja (jednačina). Zaključak: u merenjima prisutne greške

Problem rešavamo dodavanjem reziduala

3

2

1

5.03

53

742

vyx

vyx

vyx

Linearan sistem jednačina oblika:

Moguće je odabrati vrednosti v1, v2 i v3 na osnovu kojih će se dobiti jedinstveno rešenje za x i y, nezavisno odtoga koji će se par jednačina odabrati. Rešenje za x i y po metodi najmanjih kvadrata:

2222 )5.03()53()742(),( yxyxyxvyxf

2x+4y=71x+3y=53x-1y=0.5

Page 11: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

0)1)(5.03(2)3)(53(2)4)(742(2

0)3).(5.03(2)53(2)2)(742(2

2

2

yxyxyxy

v

yxyxyxx

v

Normalne jednačine

5.42268

5.20814

yx

yx

MNK rešenje glasi x =0.643 i y =1.437

Zamenom vrednosti x i y u jednacine opazanja omogućava računanje reziduala (v1=0.033, v2= - 0.047, v3 = - 0.007)

Vrednosti kvadrata reziduala slobodnog rešenja i rešenja dobijenog po principu najmanjih kvadrata.

x =0.5 i y =1.5 x =0.643 i y =1.437

0 0.001

0 0.002

0.25 0.000

Suma VV 0.25 0.003

D = det(14 88 26

=300

Dx = det(20.5 842.5 26

=193

Dy = det(14 20.58 42.5

=431

14*26-8*8=

Rešenja

Page 12: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

Težine i varijanse

Konstanta proporcionalnosti = referentna varijansa = faktor varijanse = a priori varijansa = varijansa jedinice težine

2

20

2

1

kk s

spili

sp

2

0

Za p =122

0 ks Varijansa opažanja jedinične težine (Pretpostavka: merenja su nekorelisana)

PRIMER:

Merenje 1: 10.11 (s = 0.01)

Merenje 2: 10.12 (s = 0.02)

Merenje 3: 10.13 (s = 0.03)22

02

2

03 )03.0(

)03.0(1

p

Najvece s

1,25,2)02.0(

)03.0(,9

)01.0(

)03.0(32

2

22

2

1 ppp

Težina p

Page 13: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

Opšta aritmetička sredina

• Neka su x1, x2, ..., xn merenja sa težinama p1,p2,...,pn i neka je najboljaocena merenja. Po definiciji: Merenje + Rezidual = Najbolja ocena

pnnpp xvxxvxxvx ...,,, 2211

ili

npnpp xxvxxvxxv ...,,, 2211

Rešenje tražimo primenomi principa minimuma sume kvadrata proizvoda reziduala i težina

n

k

kkvp1

2

px

Page 14: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

Opšta aritmetička sredina

22

22

2

11

1

2 )(...)()( npnpp

n

k

kk xxpxxpxxpvp

0

pxd

d

0)(2...)(2)(2 2211

npnpp

p

xxpxxpxxpxd

d

n

k

k

n

k

kk

n

nnp

p

xp

ppp

xpxpxpx

1

1

21

2211

...

...

Deobom sa 2 i oslobadjanjem od zagrade

Page 15: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

Jednostavniji modeli - Najbolja ocena parametara modela - Line of Best Fit

cmxy

Nagib prave

Presek prave

sa y osom

12

12tanxx

yym

m,c – parametri modela

x,y – merenja

Page 16: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

Ocena parametara modela – merenja iste preciznosti

tačka x y

1 -40.0 -24.0

2 -15.0 -24.0

3 10.0 -12.0

4 38.0 15.0

5 67.0 30.0

cmxvy kkk

cvxmvy Xkkkk )(

kkk ycmxv )(

n

k

kv1

2

2

55

2

22

2

11

1

2 )(...)()( ycmxycmxycmxvn

k

k

0,0

dc

di

dm

dNeophodan uslov minimuma

Najčešće se xk tretira kao nezavisna promenljiva

Page 17: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

0)1)((2...)1)((2)1)((2

0))((2...))((2))((2

552211

555222111

ycmxycmxycmxdc

d

xycmxxycmxxycmxdm

d

n

k

k

n

k

k

n

k

kk

n

k

n

k

kk

ycnxm

yxxcxm

11

11 1

2

Normalne jednačine

k

kk

k

kk

y

yx

c

m

nx

xx2

Normalne jednačine u matričnom obliku

nNx nNx1

Ocena parametara modela – merenja iste preciznosti – MNK ocene

Page 18: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

2

1

1112

1222

21122211

1

)(

1

n

n

nn

nn

nnnnc

mnNx

1,2

1

1,,2212

1211,,

uuuun

n

c

m

nn

nn

nxN

00.15

00.3780

00.500.60

00.600.7858

c

m

66.9

55.0

00.785800.60

00.6000.5

)00.6000.6000.500.7858(

1

c

m

Ocena parametara modela – jednake težine – MNK ocene

Page 19: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

kkk ycmxv

5.2

6.3

9.7

0.6

8.7

5

4

3

2

1

v

v

v

v

v

Ocena parametara modela – merenja jednake preciznosti - reziduali

Page 20: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

Pretpostavka da obe koordinate (x i y) sadrže greške

0 b)vx(m)vy()y,x(Fxy

ybxmbb

Fm

m

Fv

y

Fv

x

Fyx

00

Četiri nepoznate i nije linearna

1

1

b

F

xm

F

y

F

mx

FSa parcijalnim izvodima

DDAYDXD

CCAYCXC

BBBYBXB

AAAYAXA

ybxmbmxvvm

ybxmbmxvvm

ybxmbmxvvm

ybxmbmxvvm

000

000

000

000

Jednačine za četiri date tačke

FAXBV Matrični oblik

1000000

0010000

0000100

0000001

0

0

0

0

m

m

m

m

B

1

1

1

1

D

C

B

A

YD

XD

YC

XC

YB

XB

YA

XA

x

x

x

x

A;

v

v

v

v

v

v

v

v

V

DD

CC

BB

AA

ybxm

ybxm

ybxm

ybxm

F;b

mX

00

00

00

00

Rešenje problema sa pretpostavkom o greškama u obe promenljive

mo i co iz bilo koje dve jednačine (približne vrednosti)

c

coc

co

co

co

co

c

c

c

c

c

co

co

co

co

c

Page 21: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

2

2

2

2

2

2

2

2

2

0

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

0000000

1

YD

XD

YC

XC

YB

XB

YA

XA

Q

Kofaktorska matrica (vrednosti koje se

dobijaju iz izravnanja mreže)

FWA)AWA(Xe

T

e

T 1 Rešenje (ocena nepoznatih parametara)

1 )BQB(W T

e

FAXVe

Vektor ocena reziduala

VLL̂m Vektor ocena rezultata merenja

r

VWVs ee

T

e2

0

Referentna varijansa =

r

VWVs

T

2

0

Kovarijaciona matrica ulaznih veličina (merenja ili sl.) = Kl

a posteriori faktor varijanse = ocena od a priori varijanse

Page 22: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

Ocena parametara u modelu merenja različite preciznosti

Tačka x y pi

1 -40.0 -24.0 2

2 -15.0 -24.0 5

3 10.0 -12.0 7

4 38.0 15.0 3

5 67.0 30.0 3

n

k

kkvp1

2

2

555

2

222

2

111

1

2 )(...)()( ycmxpycmxpycmxpvpn

k

kk

0,0

dc

di

dm

d

0)1)((2...)1)((2)1)((2

0))((2...))((2))((2

555222111

555522221111

ycmxpycmxpycmxpdc

d

xycmxpxycmxpxycmxpdm

d

Page 23: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

Ocena parametara u modelu merenja različite preciznosti

n

k

kk

n

k

n

k

kkk

n

k

kkk

n

k

n

k

kkkk

yppcxpm

yxpxpcxpm

11 1

11 1

2

kk

kkk

kkk

kkkk

yp

yxp

c

m

pxp

xpxp 2

00.117

00.10620

00.2000.230

00.2300.22824

c

m

669131.12

592968.0

c

m9.2

1.5

3.5

4.2

4.12

5

4

3

2

1

v

v

v

v

v

Dve normalne jednačine sa

dva nepoznata parametra

(m,c)

kkk ycmxv

Prava je pomerena ka 2 i 3, zbog težina

Page 24: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

Jednostavniji MNK problemi – matrična interpretacija

n

k

kv1

2 Minimum sume kvadrata reziduala

vvT2

1

21

1

2

n

n

n

k

k

v

...

v

v

v...vvv

n

k

kkvp1

2

PvvT2

1

2

1

21

1

2

nn

n

n

k

kk

v

...

v

v

p

..

p

p

v...vvvp

Nekorelisana

merenja

Page 25: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

Jednostavniji MNK problemi – matrična interpretacija ocena parametara modela regresione prave

555

444

333

222

111

vycmx

vycmx

vycmx

vycmx

vycmx

cmxvy kkk

vlAx

5

2

1

5

2

1

5

2

1

..

1

..

1

1

v

v

v

y

y

y

c

m

x

x

x

Opšti model

Matrica

koeficijenata

Vektor

reziduala

Page 26: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

l))P(AxlA(x

l))P(Axl(Ax)

l)P(Axl)AxPvv

TTT

TT

TT

(

(

PAxAxPlAxPAxlPllTTTTTT

PAxAxPlAxPAxlPllTTTTTT

Skalari PA)x(AxPAx2lPllTTTT

T

dx

d0

T

dx

d0PA)(AxPA2l

TTT 2

PlAPA)x(ATT

Normalne jednačine

nNx

Jednostavniji MNK problemi – matrična interpretacija ocena parametara modela regresione prave

Page 27: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

nNx

nNx1

lAxv

vll ˆ

Izraz – izravnanje indirektnih opažanja, predložili su

Mikhail i Graice 1976 i 1981. godine ukazuje da svako

opažanje predstavlja jedno indirektno merenje

nepoznatih parametara. U geodetskom premeru

koriste se i drugi nazivi, kao: parametarsko izravnanje,

izravnanje jednačina opažanja metodom najmanjih

kvadrata ili izravnanje jednačina rezidula metodom

najmanjih kvadrata.

Osnovne karakteristike MNK:

- Matematički model (jednačina) povezuje opažanja, reziduale i nepoznate parametre

- Za n opažanja postoji minimalnih no neophodnih za rešavanje u nepoznatih parametara (u ovom slučaju no

= u) dok je r = n – no broj suvišnih merenja

- Za svako opažanje postavlja se jedna jednačina, tj. n je ukupan broj jednačina

Jednostavniji MNK problemi – matrična interpretacija ocena parametara modela regresione prave

Page 28: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

MNK ocena parametara modela parabole

cbxaxy 2

Matematički model parabole

cbxaxvy kkkk 2

kkkk ycbxaxv 2

Za n = 6 i u = 3

Nepoznati parametri: a, b, c

lAxv

RMIT University -

Deakin

Page 29: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

MNK ocena parametara modela parabole

6

2

1

)1,6()1,3(

6

2

6

2

2

2

1

2

1

)3,6(

6

2

1

)1,6(.

,,

1

...

1

1

,.

y

y

y

c

b

a

xx

xx

xx

v

v

v

lxAv

IP Za

nNx

nNx1

lAxv

vll ˆ

Page 30: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

Rešavanje nelinearnog sistema

𝐿 = f(x, y)

𝐿 = 𝑓 𝑥, 𝑦 = 𝑓 𝑥0, 𝑦0 +(𝜕𝐿

𝜕𝑥)0

1!𝑑𝑥 +

(𝜕2𝐿

𝜕2𝑥)0

2!𝑑𝑥2 +...+

(𝜕𝑛𝐿

𝜕𝑛𝑥)0

𝑛!𝑑𝑥𝑛

𝑥0, 𝑦0

𝑥 = 𝑥0 + 𝑑𝑥𝑦 = 𝑦0 + 𝑑𝑦

𝐿 = 𝑓 𝑥, 𝑦 = 𝑓 𝑥0, 𝑦0 + (𝜕𝐿

𝜕𝑥)0𝑑𝑥 + (

𝜕𝐿

𝜕𝑦)0𝑑𝑦

Procedura:1. Odrediti približne vrednosti koordinata xo,yo

2. Uvrstiti približne vrednosti u jednačinu i sračunati priraštaje dx,dy3. Sračunati popravljene vrednosti x,y4. Sa novim vrednostima ponoviti 2. i 3. korak5. Primeniti iterativni postupak sve dok dx,dy ne budu ispod granica

tolerancije

Funkcija

Razvoj u Tejlorov red

Približne vrednosti nepoznatih parametara

Ocene (najverovatnije) vrednosti

Razvoj funkcije do prvog stepena

Page 31: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

PRIMER𝑥2 + 𝑦2 = 6

3𝑥2 − 2𝑦 = 8

𝜕𝐹1

𝜕𝑥= 2𝑥,

𝜕𝐹1

𝜕𝑦= 2𝑦; 𝜕𝐹2

𝜕𝑥= 6𝑥,

𝜕𝐹2

𝜕𝑦= −2

xo=1 i yo=1

2(𝑥0)𝑑𝑥 + 2(𝑦0) 𝑑𝑦 = 6 − 𝑥02 − 𝑦0

2

6 𝑥0 𝑑𝑥 − 2 𝑑𝑦 = 8 − 3 𝑥02 + 2 (𝑦0)

Prva iteracija

𝑑𝑥 = 1.375

𝑑𝑦 = 0.625

𝑥 = 1 + 1.375 = 2.375y= 1 + 0.625 = 1.625

Četvrta iteracija𝑥𝑜 = 2.375𝑦𝑜 = 1.625

𝑥 = 2.375 − 0.412 = 1.963

y= 1.625 − 0.099 = 1.525

Druga iteracija ...

𝑥 = 1.919y=1.523

Sistem nelinearnih jednačina

Izvodi po x,y

Približne (početne) vrednosti x,y

𝐴 =2𝑥𝑜 2𝑦𝑜6𝑥𝑜 −2

F=6 − 𝑥0

2 − 𝑦02

8 − 3 𝑥02 + 2 (𝑦0)

Priraštaji u 2. iter.

Page 32: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

PRIMER – Matrična interpretacija

𝐴 =

𝜕𝐹

𝜕𝑥

𝜕𝐹

𝜕𝑦𝜕𝐺

𝜕𝑥

𝜕𝐺

𝜕𝑦

𝐴𝑥 = 𝐹 + 𝑣

𝐴 =2𝑥𝑜 2𝑦𝑜6𝑥𝑜 −2

F=6 − 𝑥0

2 − 𝑦02

8 − 3 𝑥02 + 2 (𝑦0)

𝑥 = 𝐀𝐓𝐀−𝟏𝐀𝐓𝐅 =

𝑑𝑥𝑑𝑦

Iterativni postupak- Broj iteracija zavisi od kvaliteta približnih vrednosti

n𝐍−1

𝐍−1 = 𝐐𝑥 =𝑞𝑥𝑥 𝑞𝑥𝑦𝑞𝑦𝑥 𝑞𝑦𝑦

Kofaktorska matrica ocena nepoznatih parametara

Matrica izvoda funkcije po nepoznatimparametrima u blizini približnih vrednosti

Vektor slobodnih članova = mereno - probližno

Ocena priraštaja ili popravaka približnih vrednosti parametara

Page 33: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

Kružnica(𝑥 − ℎ)2+(𝑦 − 𝑘)2−𝑟2 = 0

𝜕𝐹

𝜕ℎ= −2 𝑥 − ℎ ,

𝜕𝐹

𝜕𝑘= −2 𝑦 − 𝑘 ,

𝜕𝐹

𝜕𝑟= −2𝑟

𝐴𝑥 = 𝐹 + 𝑣

A=

𝜕𝐹1

𝜕ℎ

𝜕𝐹1

𝜕𝑘

𝜕𝐹1

𝜕𝑟

⋮ ⋱ ⋮𝜕𝐹𝑛

𝜕ℎ

𝜕𝐹𝑛

𝜕𝑘

𝜕𝐹𝑛

𝜕𝑟

𝐹 =0 − (𝑥1 − ℎ0)

2+(𝑦1 − 𝑘0)2−𝑟0

2

…0 − (𝑥𝑛 − ℎ0)

2+(𝑦𝑛 − 𝑘0)2−𝑟0

2

𝑥 =𝑑ℎ𝑑𝑘𝑑𝑟

Tacke x y

1 9.1 5.6

2 6.5 7.2

3 4.2 4.8

h0= 3.0000

ko= 3.0000

r0= 4.0000

h = 6.7363

k = 4.6715

r = 2.5395

Nakon 4 iteracije 5,6

7,2

4,8 4,6715

0

2

4

6

8

0 2 4 6 8 10

h,k – koordinate centra kružnice, r – poluprečnik kružnice

PRIMER

Približne vrednosti nepoznatih parametara

Ocene parametara

Page 34: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

Kružnica – drugi način

𝑥2 + 𝑦2 + 2𝑑𝑥 + 2𝑒𝑦 + 𝑓 = 0

2𝑑𝑥 + 2𝑒𝑦 + 𝑓 = −(𝑥2 + 𝑦2)

A=

𝜕𝐹1

𝜕𝑑

𝜕𝐹1

𝜕𝑒

𝜕𝐹1

𝜕𝑓

⋮ ⋱ ⋮𝜕𝐹𝑛

𝜕𝑑

𝜕𝐹𝑛

𝜕𝑒

𝜕𝐹𝑛

𝜕𝑓

𝐹 =− 𝑥1

2 + 𝑦12

…− 𝑥𝑛

2 + 𝑦𝑛2 𝑥 =

𝑑𝑒𝑓

A=2𝑥1 2𝑦1 1⋮ ⋱ ⋮

2𝑥𝑛 2𝑦𝑛 1𝑥 = 𝐴𝑇𝐴 −1𝐴𝑇𝐹 =

-6.73629

-4.67147

60.75097

𝑥𝑐 = −𝑑𝑦𝑐 = −𝑒

𝑟 = 𝑑2 + 𝑓2 − 𝑓x y

centar= 6.73629 4.671472

r= 2.539545

Koordinate centra kružnice

Radijus (poluprečnik) kružnice

Page 35: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

REŠENJE SISTEMA JEDNAČINA GAUSOVOM ELIMINACIJOM

26826

8253

728

321

321

32

xxx

xxx

xx

728

8253

26826

Kako treća jednačina ima najveći koeficijenat uz x1, jednačine 1 i 3 zemeniće mesta

728

8253

26826

3

321

321

2

xx

xxx

xxx

1. Korak – eliminacija x1Realizacija: Prvu jednačinu ponožiti sa 3/6 i dobijeni proizvod oduzeti od druge jednačine

728

524

26826

3

32

321

2

xx

xx

xxx

728

524

26826

2. Korak – eliminacija x2

Realizacija: Kako je uz x2 najveći koeficijent 8, yamenićemo drugu i treću vrstu a onda pomnožiti drugu sa 4/8 i oduzeti je od treće

524

728

26826

32

3

321

2

xx

xx

xxx

2

33

728

26826

3

3

321

2

x

xx

xxx

3. Korak – Računanje x3, x2 i x1

Rešenje: obrnutim redom, računa se x3, x2 i na kraju x1

2

33

528

26826

482266

1

1278

1

2

1

321

32

3

)xx(x

)x(x

x

Dati sistem jednačuna:

Page 36: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

Linearni sistemi: LU faktorizacija, matrična inverzija

bAx

33

2322

131211

3231

21

333231

232221

131211

00

0

1

01

001

826

280

253

u

uu

uuu

mm

m

aaa

aaa

aaa

aA jk

612

21228523

826

280

280

121513

3231

333231

3323321331332232123132113131

232221

2313212322122122112121

131313121212111111

umm

umm

uumumaumumauma

uum

uumauumauma

uuauuauua

211

2

2

1

1

1

1

1

11

1

1

1

k;n,...,kjumau

m

j;n,...,jkumau

n,...,ju

am

n,...,kau

k

s

skjsjk

kk

jk

j

s

skjsjkjk

j

j

jkk

LUA

A kvadratna matrica

Tri modifikacije metode Gausove eliminacije: 1) Doolittle, 2) Crout i 3) Cholesky

L – donja trouglasta matrica, a U – gornja trouglasta matrica

1) Doolittle-ov metod (Crout-ov metod je sličan, U i L menjaju mesta)

1. Računanje elemenata matrica L i U

2. Faktorizacija A=LU

600

280

253

112

010

001

826

280

253

2. Rešenje Ly=b

bLUxAx

Osnovna ideja yUx,bLy

3

7

8

26

7

8

112

010

001

3

2

1

y

y

y

y

3. Rešenje Ux=y

50

1

4

3

7

8

600

280

253

3

2

1

.

x

x

x

x

Opšti izrazi

Napomena: Često je

neophodno zameniti redove matrice A, a time i vektora b što ne utiče na rešenje

jk

jk

uU

mL

Page 37: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

Linearni sistemi: LU faktorizacija, matrična inverzija

53783

31754

11

411772

14

12

24

211

2

2

22232

2313333

213132

22

32

2212222

11

3131

11

21211111

1

1

1

1

2

11

1

1

1111

)(llal

)()lla(l

l

lal;l

al

l

al;al

j;n,...,jpllal

l

n,...,jlal

n,...,jl

al

al

j

s

psjspj

jj

pj

j

s

jsjjjj

j

j

1

6

3

5

27

7

500

340

712

5

27

7

155

101

14

537

041

002

00

00

00

83514

5172

1424

15583514

1015172

141424

3

2

1

3

2

1

33

3222

312111

333231

2221

11

321

321

321

x

x

x

x

yxLUxsenjeRe

y

y

y

y

bLysenjeRe

l

ll

lll

lll

ll

l

:RESENJE

xxx

xxx

xxx

T

3) Cholesky-ev metod

Primenjuje se kada je A simetrična pozitivno-definitna matrica (A=AT i xTAx>0 za svako x≠0), tada je U=LT i ujk = mkj . Primenjuje se pri rešavanju sistema Ax=b koji se zasniva na faktorizaciji A=LLT, i naziva se Cholesky-ev metod. Ako je L=[ljk] formule za faktorizaciju glase:

Page 38: Račun izravnanja – osnovni kurs (B2G1RI)

Pitanja za ponavljanje

1. MNK linearni i nelinearni modeli – ocena nepoznatih parametara

2. MNK rešenje za prostu i opštu aritmetičku sredinu

3. Ocena nepoznatih parametara u modelu prave

4. Ocena nepoznatih parametara u modelu parabole

5. Ocena nepoznatih parametara u modelu kružnice