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Anlise de Erro
Kenny Vinente dos Santos
Universidade Federal do AmazonasFaculdade de Tecnologia
Metrologia e Instrumentao
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Sumrio
1. Caractersticas Bsicas da Distribuio de Erro; Histogramas
2. Probabilidade e Variveis Aleatrias; Distribuio Normal
3. Distribuio de Probabilidades e Caracterizaes
4. Funes de Variveis Aleatrias Independentes
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1. Caractersticas Bsicas da Distribuio de Erro; Histogramas
Introduo: prtica da engenharia e origem de erros
Erros de medio de parmetros particulares (massa, tempo, comprimento, ngulo) em respeito a magnitude do parmetro
Erro de um parmetro particular de um produto produzido em relao a magnitude nominal fornecida do parmetro
Erro de posicionamento de um rob manipulador em respeito a posio exigida
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1. Caractersticas Bsicas da Distribuio de Erro; Histogramas
Erros: origem sistemtica ou aleatria
o Sistemtica: geralmente causados por fatores rigorosamente definidos que afetam o resultado da medio
o Leve aquecimento do dispositivo de medio
o Viso defeituosa do operador do medidor
o Ajuste incorreto do dispositivo
o Geralmente, este tipo de erro pode ser estimado e eliminado
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1. Caractersticas Bsicas da Distribuio de Erro; Histogramas
Erros: origem sistemtica ou aleatria
o Aleatrio: resultam de aes aleatrias em pequenos nmeros, muitas vezes imperceptveis, fatores relacionados com a estrutura do dispositivo de medio, mquinas de fabricao ou de um manipulador (ex.: folga entre as partes mveis)
o Esse tipo de erro calculado atravs da teoria de probabilidade. Em geral, assume-se que este erro pequeno em relao a magnitude da grandeza medida.
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1. Caractersticas Bsicas da Distribuio de Erro; Histogramas
Medio prtica: histograma
Intervalo discretode setores
ocorrncias
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1. Caractersticas Bsicas da Distribuio de Erro; Histogramas
Histograma anterior com intervalos maiores
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1. Caractersticas Bsicas da Distribuio de Erro; Histogramas
Mdia das amostras medidas
Se cada resultado ocorreu vezes 1,2, ,
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1. Caractersticas Bsicas da Distribuio de Erro; Histogramas
Para o exemplo anterior (2 histograma)
Se calcularmos agora para o 1 histograma
Que resulta em uma diferena de 8%
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1. Caractersticas Bsicas da Distribuio de Erro; Histogramas
Medida de disperso em Anlise de Erro
Diferena entre o valor mximo e o valor mnimo das amostras:
Esta medida tem limitaes prticas significantes
No entrega nenhuma informao em relao a distribuio da quantidade em questo
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1. Caractersticas Bsicas da Distribuio de Erro; Histogramas
Medida de disperso em Anlise de Erro
Varincia amostral
Ou equivalente , denominada frmula computacional
(1)
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1. Caractersticas Bsicas da Distribuio de Erro; Histogramas
Medida de disperso em Anlise de Erro
Se cada resultado ocorreu vezes 1,2, ,
Ou equivalente
A grandeza denominada desvio padro amostral
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1. Caractersticas Bsicas da Distribuio de Erro; Histogramas
Substituindo na frmula (1) todos os elementos por expresses , em que o valor constante certo fixado
arbitrariamente e representa os desvios do elemento em
relao a , obtemos:
Nessa equao, no precisamos conhecer o valor atual . Somente
precisamos das variaes dos valores.
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1. Caractersticas Bsicas da Distribuio de Erro; Histogramas
Estendendo para o caso em que cada resultado ocorreu vezes 1,2, ,
Exemplo: 1 histograma, escolhendo 0 como referncia
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1. Caractersticas Bsicas da Distribuio de Erro; Histogramas
Medida de disperso em Anlise de Erro
Desvio mdio amostral
Utilizado quando todos os dados so gerados automaticamente
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1. Caractersticas Bsicas da Distribuio de Erro; Histogramas
Distribuio de Frequncia Cumulativa
a probabilidade (calculada com base no histograma)
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1. Caractersticas Bsicas da Distribuio de Erro; Histogramas
Exemplo: 2 histograma
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1. Caractersticas Bsicas da Distribuio de Erro; Histogramas
Exemplo de distribuies empricas: estimativa da preciso da artilharia
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1. Caractersticas Bsicas da Distribuio de Erro; Histogramas
Exemplo de distribuies empricas: idade das pessoas que finalizaram o doutorado
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1. Caractersticas Bsicas da Distribuio de Erro; Histogramas
Exemplo de distribuies empricas: comprimento de bacalhaus pescados no mar Bltico em 1952
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1. Caractersticas Bsicas da Distribuio de Erro; Histogramas
Parmetros obtidos dos dados obtidos e seus valores tericos
Como obter as informaes referentes as amostras de maneira automtica?
Como realizar generalizaes?
Uso de estimadores e teoria de variveis aleatrias
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1. Caractersticas Bsicas da Distribuio de Erro; Histogramas
Exerccio 1 Mudando o espaamento na escala de comprimento dos peixes para os dados apresentados no histograma do exemplo 3 para 5 cm, obtemos a nova tabela a seguir. Desenhe o novo histograma para estes dados. Mude o intervalo para 20 cm e apresente o seu novo histograma.
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1. Caractersticas Bsicas da Distribuio de Erro; Histogramas
Exerccio 2 utilizando os histogramas do exerccio anterior, desenhe a curva de distribuio de frequncia acumulada
Exerccio 3 Calcule os valores mdio, varincias e desvios padres para os dados dos exerccios 1 e 2. Observe a diferena entre os valores calculados desses parmetros.
Exerccio 4 Para os dados estudados nos exerccios 1 a 3, calcule o desvio
mdio . Compare os resultados com os desvios padres amostrais
equivalentes a cada varivel.
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2. Probabilidade e Variveis Aleatrias; Distriuio Normal
Probabilidade e Variveis Aleatrias
O que um fenmeno aleatrio?
Intuitivamente: no conseguimos determinar o resultado exato do fenmeno
Exemplos do dia-a-dia: loteria, disperso de um tiro em uma cidade
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2. Probabilidade e Variveis Aleatrias; Distriuio Normal
Formalizao de um fenmeno aleatrio: conceito de probabilidade e variveis aleatrias
Evento aleatrio (coleo de amostras pontuais): o resultado de um fenmeno aleatrio, e a probabilidade a chance de um fenmeno ocorrer, expressa por um nmero no intervalo [0,1]
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2. Probabilidade e Variveis Aleatrias; Distriuio Normal
Exemplo 2.1: Lanamento de uma moeda no tendenciosa
Ao jogar uma moeda, temos duas possibilidades: a ocorrncia de cara ou da coroa. Ambos resultados so eventos aleatrios. A probabilidade de ocorrer a cara igual a da coroa:
Neste exemplo, dizemos que o conjunto de todos os resultados possveis contm 2 elementos (cara, coroa). Como determinar a probabilidade de ocorrncia?
Frequncia amostral
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2. Probabilidade e Variveis Aleatrias; Distriuio Normal
Exemplo 2.2: lanamento de um dado no viciado
6 possveis resultados: {1,2,3,4,5,6}
conjunto de resultados contm 6 elementos
Probabilidade de ocorrncia de cada resultado: 1/6
Isso significa se realizarmos infinitas ocorrncias, a relao:
Tende a 1/6, para !1,2,3,4,5,6&
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2. Probabilidade e Variveis Aleatrias; Distriuio Normal
Podemos calcular tambm outros eventos, como por exemplo:
A) Qual a probabilidade de obtermos um nmero par ao lanar 1 dado?
B) Qual a probabilidade de obtermos um nmero maior que 4 ao lanar 1 dado?
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2. Probabilidade e Variveis Aleatrias; Distriuio Normal
Aplicao da teoria de probabilidade na teoria de medio: espao de probabilidades
Definido pelo trio ', ), *+
: Espao amostral, contendo todos os eventos elementares
): lgebra- dos subconjuntos de Borel
*: probabilidades relacionadas a )
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2. Probabilidade e Variveis Aleatrias; Distriuio Normal
Exemplo 2.3: lanamento da moeda, continuao
Espao de probabilidades
: {cara, coroa}
): {, cara, coroa, }
*: *(cara) = , *(coroa) =
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2. Probabilidade e Variveis Aleatrias; Distriuio Normal
Exemplo 2.4: lanamento do dado, continuao
Espao de probabilidades
: {1, 2, 3, 4, 5, 6}
): {, 6 subconjuntos de 1 elemento, 15 subconjuntos de 2 elementos, 20 subconjuntos de 3 elementos, 15 subconjuntos de 4 elementos, 6 subconjuntos de 5 elementos, }
*: * 1 * 2 * 3 * 4 * 5 * 6 1/6