Ergänzung 2.1: Punktwolken und Ausgleichsgeraden (2/3)

Ausgleichsgeraden durch den Ursprung

Nun leiten wir S(a,b) nach a ab.

Zur Vereinfachung betrachten wir eine Punktwolke mit einem Schwerpunkt P ¯ ( x ¯ ', y ¯ ') im Ursprung eines (x',y') -Koordinatensystems. Da der Schwerpunkt auf der Ausgleichsgeraden liegt, wird somit b=0 und

S(a)= 1 n ∑ i=1 n ( y i ' −a x i ' ) 2

Ableiten:             S'(a)= 2 n ( a ∑ i=1 n x i 2 ' − ∑ i=1 n x i ' y i ' )

und S'(a)=0 setzen ergibt:

a= ∑ i=1 n x i ' y i ' ∑ i=1 n x i 2 ' ,

wobei ∑ i=1 n x i 2 ' ≠0 erfüllt sein muss.

Wir betrachten n Punkte P( x 1 ' , x 1 ' ), ...  P( x n ' , x n ' ) mit einem Schwerpunkt P ¯ ( x ¯ ', y ¯ ') im Ursprung des Koordinatensystems. Dann verläuft die Ausgleichsgerade y'=ax' durch den Ursprung und hat die Steigung:

                                 a= ∑ i=1 n x i ' y i ' ∑ i=1 n x i 2 '

Ausgleichsgeraden mit y-Achsenabschnitt b

Wir setzen x i ' = x i − x ¯ und y i ' = y i − y ¯ , was einer Verschiebung der Koordinaten entspricht: die neuen (x,y)-Koordinatenachsen sind um ( x ¯ , y ¯ ) gegenüber den (x',y') -Koordinaten, die in der linken Spalte genutzt worden sind, verschoben.

Wir betrachten n Punkte P( x 1 , y 1 ), ...  P( x n , y n ) mit einem Schwerpunkt bei P( x ¯ , y ¯ ) .

Es folgt:

Die Steigung der Ausgleichsgeraden einer Punktwolke P( x 1 , y 1 ), ...  P( x n , y n ) mit dem Schwerpunkt bei P( x ¯ , y ¯ ) ist:

                            a= ∑ i=1 n ( x i − x ¯ )( y i − y ¯ ) ∑ i=1 n ( x i − x ¯ ) 2

Da der Schwerpunkt auf der Ausgleichsgeraden liegt, kann man wieder die Punkt-Steigungs-Form der Geradengleichung verwenden, und es folgt:

                                  y− y ¯ =a(x− x ¯ )

Der y-Achsenabschnitt ergibt sich aus:

                                      b= y ¯ −a x ¯
Zoom Sign
Ausgleichsgerade
Datenpunkte, ihr Schwerpunkt P( x ¯ , y ¯ ) und die Ausgleichsgerade f(x)=ax+b .