数学 ・ 物理学 メモ others  



○ 正規分布 (ガウス分布) と グラフ


平均値付近に集積した数値データの分布を、正規分布 (ガウス分布) と呼びます。科学技術、経済 etc
主に理系分野で、広く使われます。

通常の標準正規分布の他に、対数正規分布もよく使われます。





数値データは、正規分布における標準偏差でその分散の度合いが判ります。(確率分布グラフ・ヒストグラム)。約 68%の確率で平均値
±1シグマ σ の標準偏差の範囲に、約 95%の確率で平均値 ±2 シグマ σ の標準偏差の範囲に収まります。

1標準偏差を 10倍したもの+50点 が、受験テスト等でよく使用される、偏差値 ※です。


(一覧表)

偏差 σ  度数 % 偏差値の範囲
68.3 40〜60
95.5 30〜70
99.7 20〜80
99.995 10〜90
99.9999 0〜100



※ 平均点の低い難関テストの場合、偏差値 100 を遥かに超える場合があります。




(標準正規分布の計算例)

5人のテスト点数   → 10・30・50・70・90点 の場合

平均点         = (10 +30 +50 +70 +90)/ 5 = 50
平均点との差     → 40・20・0・20・40
平均点との差の2乗 → 1600・400・0・400・1600 
総和          = 1600+400+0+400+1600 = 4000 
総和/ データ数    = 4000/ 5 = 800

標準偏差       = 800 ^ 0.5  ≒ 28 

90点の偏差値    = ((90−50)/ 28) x10 +50 ≒ 64







○ 対数正規分布、シーイング計算


天体観測において重要な、気流(シーイング)の分布は、対数正規分布に近似します。

エアリーディスク直径 の平均値(中間値)、約 2 秒 の分布、及び 
確率度数(頻度) のシミュレーションです。(標準偏差、約 0.5) 


気流対応 ・ 概算表 (西日本・夏期)

シーイング概算 ディスク直径 (秒) 分解能 (mm) 頻度 (%)
10 0.5 480 0.5
0.7 340
1.0 240 10
1.4 170 25
6 * 2.0  120 * 50
2.8 85 75
4.0 60 90
5.6 42 98
8.0 30 99.5
11.0 21 99.9





確率分布 シミュレーション (対数正規分布)




シーイング・計算 etc







○ 層厚、気圧の計算等


地球の大気の大半(約 99.9%)は、高度 50km以下にあります。

日本付近において、高度約 50kmは、成層圏と中間圏の境界(成層圏界面)となり、高度約12kmは、対流圏と成層圏の境界(対流圏界面)となります。各圏内の厚さ(層厚)は、平均温度が高いほど厚くなります。(赤道付近の対流圏界面は高度約 16km) 日本付近の上空、対流圏界面付近は、強いジェット気流が発生することが多く、天体観測において重要な、気流(シーイング)を悪化させます。


気圧計算は、各層の気温を考慮して積算(積分)する必要がありますが、日本付近の場合、概算式は 
1013/ 2^(高度 km/5.5)  hpa  です。

(例) 富士山 (標高約 3.7km) の場合、 1013/ 2^( 3.7/5.5) ≒ 630 hpa




______________ 50km (1 hpa) 成層圏界面


成層圏


______________ 12km (220 hpa) 対流圏界面

対流圏

______________ 0km  (1013 hpa) 地上









○ 運動方程式の計算






斜め上方 30度、秒速 60m ※ で打ち上げた対物の到達距離 (空気抵抗は考慮せず)

鉛直成分 ≒ 30m/s
水平成分 ≒ 52m/s
着地時間 → 30−gt = 0 、t ≒ 3、 2t ≒ 6秒
到達距離 ≒ 52 x 6 ≒ 312m



(軌道要素、推移表) 

鉛直成分 m↑ 30 60 90 120 150 180
重力成分 m↓ 20 45 80 125 180
差引高さ y m 25 40 45 40 25
水平距離 x m  52 104 156 208 260 312


(軌道方程式)

5/52^2 ≒ 0.00185
y = -0.00185(x-156)^2 +45
y = -0.00185x^2 +0.577x 



※ 秒速 600mの場合、 2t ≒ 60秒、 
到達距離 ≒ 520 x 60 ≒ 31,200m





基本物理量 etc



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