最小二乗法
ある物理量
がある物理量
の関数で
と表されるとする.例えば
の値を決めて
の値を測定する作業を
回繰り返し,表のように
個の
と
の対が得られたとする.
この
と
の対を
座標上にプロットすると

となり,実験条件のバラツキや測定誤差などの要因で,プロットした点は直線上に乗らない.(本来なら
の関係があるので,すべての点は直線上に乗るはずである.)
プロットした点と
との
軸方向の値の差
は
となる.
,
の値によって
の値は変化する.すべての点で
の値を小さくする
,
の値が,
と
の関係を表す最も確からしい値だと考えることができる.
,
の値を決める方法として
の値を最小とする
,
を用いる方法がある.この方法のことを最小二乗法という.
●
は最小となる
と
の値
,
ただし
,
(参照:平均)
(参照:共分散)
(参照:分散)
■導出
偏導関数を用いた計算 ⇒ ここ
の最小となる
,
の値を平方完成を利用して求める.
,
∑
i
=
1
n
x
i
y
i
=
B
,
∑
i
=
1
n
y
i
=
C
,
∑
i
=
1
n
x
i
2
=
D
,
∑
i
=
1
n
x
i
=
E
とおくと
=
A
−
2
a
B
−
2
b
C
+
a
2
D
+
2
a
b
E
+
n
b
2
=
n
b
2
+
2
(
E
a
−
C
)
b
+
D
a
2
−
2
B
a
+
A
=
n
(
b
+
E
a
−
C
n
)
2
−
1
n
(
E
a
−
C
)
2
+
D
a
2
−
2
B
a
+
A
=
n
b
+
E
a
−
C
n
2
+
1
n
−
E
2
a
2
+
2
C
E
a
−
C
2
+
n
D
a
2
−
2
n
B
a
+
n
A
=
n
(
b
+
E
a
−
C
n
)
2
+
1
n
n
D
−
E
2
a
2
+
2
C
E
−
n
B
a
+
n
A
−
C
2
=
n
(
b
+
E
a
−
C
n
)
2
+
1
n
(
n
D
−
E
2
)
(
a
+
C
E
−
n
B
n
D
−
E
2
)
2
−
1
n
C
E
−
n
B
2
n
D
−
E
2
+
A
−
1
n
C
2
これより,
Δ
2
が最小になるのは
b
+
E
a
−
C
n
=
0
,
a
+
C
E
−
n
B
n
D
−
E
2
=
0
の時である.よって
a
=
−
C
E
−
n
B
n
D
−
E
2
=
n
B
−
C
E
n
D
−
E
2
=
1
n
2
n
∑
i
=
1
n
x
i
y
i
−
∑
i
=
1
n
x
i
∑
i
=
1
n
y
i
1
n
2
n
∑
i
=
1
n
x
i
2
−
∑
i
=
1
n
x
i
2
=
1
n
∑
i
=
1
n
x
i
y
i
−
1
n
∑
i
=
1
n
x
i
1
n
∑
i
=
1
n
y
i
1
n
∑
i
=
1
n
x
i
2
−
1
n
∑
i
=
1
n
x
i
2
ここで
x
¯
=
1
n
∑
i
=
1
n
x
i
,
y
¯
=
1
n
∑
i
=
1
n
y
i
(参照:平均) ・・・・・・(1)
σ
x
y
=
1
n
∑
i
=
1
n
x
i
y
i
−
x
¯
y
¯
(参照:共分散) ・・・・・・(2)
σ
x
2
=
1
n
∑
i
=
1
n
x
i
2
−
x
¯
2
(参照:分散) ・・・・・・(3)
とおくと
=
σ
x
y
σ
x
2
・・・・・・(4)
b
=
−
E
a
−
C
n
=
C
−
E
a
n
=
1
n
(
C
−
E
n
B
−
C
E
n
D
−
E
2
)
=
1
n
n
C
D
−
C
E
2
−
n
B
E
+
C
E
2
n
D
−
E
2
=
C
D
−
B
E
n
D
−
E
2
=
∑
i
=
1
n
x
i
2
∑
i
=
1
n
y
i
−
∑
i
=
1
n
x
i
y
i
∑
i
=
1
n
x
i
n
∑
i
=
1
n
x
i
2
−
(
∑
i
=
1
n
x
i
)
2
=
1
n
2
∑
i
=
1
n
x
i
2
∑
i
=
1
n
y
i
−
∑
i
=
1
n
x
i
y
i
∑
i
=
1
n
x
i
1
n
2
n
∑
i
=
1
n
x
i
2
−
∑
i
=
1
n
x
i
2
=
1
n
∑
i
=
1
n
x
i
2
1
n
∑
i
=
1
n
y
i
−
1
n
∑
i
=
1
n
x
i
y
i
1
n
∑
i
=
1
n
x
i
1
n
∑
i
=
1
n
x
i
2
−
1
n
∑
i
=
1
n
x
i
2
(1)より
=
1
n
∑
i
=
1
n
x
i
2
y
¯
−
1
n
∑
i
=
1
n
x
i
y
i
x
¯
1
n
∑
i
=
1
n
x
i
2
−
x
¯
2
=
1
n
∑
i
=
1
n
x
i
2
y
¯
−
x
¯
2
y
¯
+
x
¯
2
y
¯
−
1
n
∑
i
=
1
n
x
i
y
i
x
¯
1
n
∑
i
=
1
n
x
i
2
−
x
¯
2
=
1
n
∑
i
=
1
n
x
i
2
−
x
¯
2
y
¯
−
x
¯
1
n
∑
i
=
1
n
x
i
y
i
−
x
¯
y
¯
1
n
∑
i
=
1
n
x
i
2
−
x
¯
2
=
y
¯
−
1
n
∑
i
=
1
n
x
i
y
i
−
x
¯
y
¯
1
n
∑
i
=
1
n
x
i
2
−
x
¯
2
x
¯
(2),(3)より
=
y
¯
−
σ
x
y
σ
x
2
x
¯
(4)より
=
y
¯
−
a
x
¯
以上をまとめると
a
=
σ
x
y
σ
x
2
,
b
=
y
¯
−
a
x
¯
とき
Δ
2
は最小となる.
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最終更新日 2025年2月8日