Fehlerfortpflanzung

Hallo Experten,
ich habe es ganz eilig, daher habe ich nicht so genau geschaut, ob es diese Anfrage schon mal gegeben hat. Einen Thread habe ich zwar gefunden, aber aus dem bin ich nicht schlau geworden. :smile:

Die Frage: Ich habe zwei arithmetische Mittelwerte M plus Standardabweichung s. Wenn ich die beiden verrechne, wie verrechne ich die Standardabweichungen?

Es geht um das Anwachsen von Zellen in einer Medium. Die Vermehrung soll quantifiziert werden.
Die genaue Rechnung lautet (vereinfacht: Zeit und Volumen weggelassen):
M1 = 1.000 Zellen +/- 100 Zellen
M2 = 10.000 Zellen +/- 1000 Zellen
M1 sei 100%, dann ist
Vermehrungsrate V = M2/M1*100 = 1000%
„Fehler“ = …
Benutze ich die Fehlerfortpflanzung nach Gauss? Wenn ja, wie?

Thanx im voraus

Hi Anando!

Du musst in der Tat das Gausssche Fehlerfortpflanzungsgesetz benutzen!

Dafür brauchst Du die Ableitung der ‚Endformel‘ nach den beiden Messwerten:
dV/dM1 = -100*M2 / M1^2
dV/dM2 = 100/M1

die beiden multiplizierst Du mit dem jeweiligen Fehler und quadrierst sie:

[(dV/dM1)* s1]^2 = 100^2 = 10000
[(dV/dM2)* s2]^2 = 100^2 = 10000

Die beiden Werte summierst Du und nimmst die Wurzel daraus:

SQR(20000)= 141.42…

Das gibt Dir dann den Fehler Deines Endergebnisses an!

Nochmal etwas mathematischer:
Wenn z=f(x,y) die Funktion aus den beiden Messwerte x und y mit dem jeweiligen Fehler delta(x) bzw, delta (y) ist, dann ist
delta(z) = SQR[{(df/dx)*delta(x)}^2 + {(df/dy)*delta(y)}^2]
die Standardabweichung der zu bestimmenden Grösse!

Mit mehr als 2 Messwerten funktioniert das übrigens dann fast genauso…

ich hoffe, das ganze hilft Dir weiter…!?
Gruss, Julian!

Faustformel
Hallo,

am besten du merkst du dir mal folgende Faustformel:

Sei A = a^x * b^y * c^z … aus den Messgrößen a,b,c, … multiplikativ zusammengesetzt, dann addieren sich einfach die relativen Fehler:

dA/A = |x|*da/a + |y|*db/b + |z|dc/c + …

Vermehrungsrate V = M2/M1

Hierauf angewendet ergibt sich dann:

dV/V = dM2/M2 + dM1/M1

also die relativen Fehler addieren sich einfach.

Gruß
Oliver

Hallo Julian,
ich habe ein, zwei Nachfragen:

Du musst in der Tat das Gausssche Fehlerfortpflanzungsgesetz
benutzen!

Dafür brauchst Du die Ableitung der ‚Endformel‘ nach den
beiden Messwerten:
dV/dM1 = -100*M2 / M1^2
dV/dM2 = 100/M1

Das verstehe ich nicht.
Was ist die Ableitung in Zahlen, was muss ich mathematisch z.B. in meinem Beispiel rechnen? Im praktischen Laborleben habe ich noch nie Ableitungen nach Messwerten gebraucht, wie berechnet man die?

die beiden multiplizierst Du mit dem jeweiligen Fehler und
quadrierst sie:

[(dV/dM1)* s1]^2 = 100^2 = 10000
[(dV/dM2)* s2]^2 = 100^2 = 10000

Die beiden Werte summierst Du und nimmst die Wurzel daraus:

SQR(20000)= 141.42…

Und die Einheit des Fehlers ist Prozent?

Das gibt Dir dann den Fehler Deines Endergebnisses an!

Nochmal etwas mathematischer:
Wenn z=f(x,y) die Funktion aus den beiden Messwerte x und y
mit dem jeweiligen Fehler delta(x) bzw, delta (y) ist, dann
ist
delta(z) = SQR[{(df/dx)*delta(x)}^2 + {(df/dy)*delta(y)}^2]
die Standardabweichung der zu bestimmenden Grösse!

Ich habe eine ähnliche Formel, in der aber s1 von x mit df/dy*delta(y) und umgekehrt multipliziert wird, so scheint mir (ich maile sie dir auch als word file):
delta(z) = SQR[{100/M1}^2*s2^2 + {100*M2/M1^2}*s1^2]

Mit mehr als 2 Messwerten funktioniert das übrigens dann fast
genauso…

Davor graut mir schon jetzt. :smile:
cheers
Anando

Hi Anando-Louis! :wink:

Die Sache mit den Ableitungen ist in dem Sinne zu verstehen, dass Du den Endwert (in Deinem Fall ist das V) als Funktion der einzelnen fehlerbehafteten Messgrössen (in Deinem Fall M1 und M2 mit den entsprechenden Fehlern s1 und s2) auffassen musst.

also: V(M1,M2) = M2/M1 * 100
entspräche f(x,y) = y/x *100

Diese Funktion musst Du nach den Messgrössen, die sozusagen die Variablen der Funktion sind, ableiten:

dV/dM1 = -100*M2 / M1^2
entspräche df/dx = -100*y / x^2

und

dV/dM2 = 100/M1
entspräche df/dy = 100/x

Und jetzt, nach der Ableitung, kannst Du die entsprechenden gemessenen Werte einsetzen: M1 = 100 und M2 = 1000

Das ergibt dann
dV/dM1 = -100*M2 / M1^2 = -100*1000 / 100^2 = -10
und
dV/dM2 = 100/M1 = 100/100 = 1

Dann geht es weiter:
[(dV/dM1)* s1]^2 = [(-10) * 10]^2 = (-100)^2 = 10000
und
[(dV/dM2)* s2]^2 = [(1) * 100]^2 = 100^2 = 10000

Die beiden Werte summierst Du und nimmst die Wurzel daraus:

SQR(20000)= 141.42…

Das gibt Dir den absoluten Fehler des Endwertes an.
Die Einheit des Fehlers ist in diesem Fall allerdings tatsächlich %, da auch Dein Endwert V die Einheit % hat - Dein Ergebnis ist also:

V = (1000±141)%

Bezogen auf den Endwert beträgt Dein relativer Fehler
delta(V)/V = Fehler/Endwert = 141%/1000% = 0.141 = 14.1%

Die Formel, die Du schreibst, ist meines Erachtens falsch - denn der jeweilige Fehler einer Messgrösse muss ja sozusagen mit seinem „Einfluss“ skaliert werden und nicht mit dem „Einfluss“ einer anderen Messgrösse…

Ich hoffe, das hilft Dir weiter und sorgt nicht noch für mehr Unklarheiten…!?

Gruss, Julian!

Noch am Rande bemerkt: Die Ableitungen sind von mir mathematisch nicht sauber notiert, aber das macht im Endeffekt keinen Unterschied! :wink: