係数が小数になる、よく当てはまる例
x: 0, 1, 2, 3; y: 1, 2, 5, 11正規方程式から a = 1.25、b = -0.45、c = 1.05 が出るので、y = 1.25x² - 0.45x + 1.05 です。予測値は 1.05、1.85、5.15、10.95、残差は -0.05、0.15、-0.15、0.05 で、R² = 1214/1215、およそ 0.9992 です。
点に最もよく当てはまる放物線を、正確な係数と R² つきで。
最終更新
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増えてから減る、あるいは減ってから増えるデータがあります。投げたボールの高さ、価格ごとの利益、速度ごとの車の燃料消費。こうしたデータに直線を引くと、どれだけうまく置いても形が違います。二次回帰は代わりに放物線 y = ax² + bx + c を当てはめ、点からの縦のずれの2乗の合計が最も小さくなるように a、b、c を選びます。線形回帰と同じ最小二乗法の考え方で、選ぶ係数が1つ増えただけです。
ずれの2乗を最小にすると、a、b、c についての3本の方程式が得られます。正規方程式と呼ばれ、x、x²、x³、x⁴、y、xy、x²y の和でできています。グラフ電卓はこれを浮動小数点で解きます。このページは正確な分数で解くので、係数 -8/7 は -1.142857 ではなく -8/7 と表示され、R² も正確な分数になります。
答えの下に、各点の予測値と残差が並びます。よく当てはまった二次曲線なら、残差はノイズのように見え、パターンなく 0 の上下に散らばります。残差がまだ曲がっていたり、表の中で一定の向きに大きくなっていったりするなら、放物線も正しい形ではなく、別のモデルを試す価値があります。
各点について x、x²、x³、x⁴、y、xy、x²y を計算し、列ごとに合計して点の数を数えます。x = 0, 1, 2, 3、y = 1, 2, 5, 11 なら n = 4、Σx = 6、Σx² = 14、Σx³ = 36、Σx⁴ = 98、Σy = 19、Σxy = 45、Σx²y = 121 です。
aΣx⁴ + bΣx³ + cΣx² = Σx²y、aΣx³ + bΣx² + cΣx = Σxy、aΣx² + bΣx + cn = Σy。上の和を入れると 98a + 36b + 14c = 121、36a + 14b + 6c = 45、14a + 6b + 4c = 19 です。
分数を正確に保ちながら、文字を1つずつ消去します。この連立方程式からは a = 1.25、b = -0.45、c = 1.05 が出るので、y = 1.25x² - 0.45x + 1.05 です。
各 x を曲線に代入し、実際の y から予測値を引きます。ここでは残差は -0.05、0.15、-0.15、0.05 で、その2乗の合計は 0.05、R² = 1214/1215、およそ 0.9992 です。
各行は、上の計算ツールに入力したデータ1組と、ツールが出す正確な係数と R² です。
| x の値 | y の値 | 当てはめた放物線 | R² |
|---|---|---|---|
| 0, 1, 2, 3 | 1, 2, 5, 11 | y = 1.25x² - 0.45x + 1.05 | 1214/1215 ≈ 0.9992 |
| -2, -1, 0, 1, 2, 3 | 9, 4, 1, 0, 1, 4 | y = x² - 2x + 1 | 1 |
| 1, 2, 3, 4, 5, 6 | 2, 6, 11, 13, 12, 8 | y = -(8/7)x² + (66/7)x - 7 | 887/917 ≈ 0.9673 |
| 0, 1, 2, 3, 4 | 2, 17, 22, 17, 2 | y = -5x² + 20x + 2 | 1 |
| 1, 2, 3 | 4, 9, 20 | y = 3x² - 4x + 5 | 1 |
| 0, 1, 2, 3, 4, 5 | 0, 1, 4, 9, 16, 25 | y = x² | 1 |
x: 0, 1, 2, 3; y: 1, 2, 5, 11正規方程式から a = 1.25、b = -0.45、c = 1.05 が出るので、y = 1.25x² - 0.45x + 1.05 です。予測値は 1.05、1.85、5.15、10.95、残差は -0.05、0.15、-0.15、0.05 で、R² = 1214/1215、およそ 0.9992 です。
x: 1, 2, 3, 4, 5, 6; y: 2, 6, 11, 13, 12, 8当てはめた放物線は y = -(8/7)x² + (66/7)x - 7、R² = 887/917、およそ 0.9673 です。a が負なので曲線は最大値を持ち、それは x = 33/8 = 4.125、y = 697/56、およそ 12.45 のところです。同じ点に直線を引いても r² = 375/917、およそ 0.4089 にしか届きません。直線は向きを変えられないからです。
x: 0, 1, 2, 3, 4; y: 2, 17, 22, 17, 21秒ごとの高さ(メートル)です。当てはまりは完全で、y = -5x² + 20x + 2、残差はすべて 0、R² = 1 です。-5 は重力加速度を 10 m/s² に丸めたものの半分、20 は打ち上げの速さ、2 は打ち上げた高さです。最高点は x = 2、y = 22 です。
x: -2, -1, 0, 1, 2, 3; y: 9, 4, 1, 0, 1, 4これは (x - 1)² の値で、計算ツールは同じ放物線を展開した y = x² - 2x + 1 を返し、R² = 1、残差はすべて 0 です。一組の値が本当に1つの二次式から来ているかを手早く確かめる方法になります。