Autor Tema: ¿Alguien puede hallar una función para esto?

0 Usuarios y 1 Visitante están viendo este tema.

08 Marzo, 2008, 04:12 am
Leído 5633 veces

jcanieva

  • $$\Large \color{#6a84c0}\pi$$
  • Mensajes: 1
  • Karma: +0/-0
  • Sexo: Masculino
La ssiguiente ttabla mmuestra las hhoras de la ssalida del ssol en NNueva YYork a iintervalos de una ssemana durantee el anio 2003, comenzanndo el 1 de eneero. Loos datoos vieenen daados en hooras y mminutos.

Semana   Hora
1   7:20
2   7:20
3   7:18
4   7:14
5   7:09
6   7:02
7   6:54
8   6:45
9   6:35
10   6:24
11   6:13
12   6:01
13   5:50
14   5:38
15   5:27
16   5:16
17   5:06
18   4:56
19   4:47
20   4:40
21   4:34
22   4:29
23   4:26
24   4:24
25   4:26
26   4:29
27   4:33
28   4:38
29   4:44
30   4:50
31   4:57
32   5:04
33   5:11
34   5:17
35   5:24
36   5:31
37   5:38
38   5:45
39   5:52
40   5:59
41   6:06
42   6:14
43   6:22
44   6:30
45   6:39
46   6:47
47   6:55
48   7:02
49   7:08
50   7:14
51   7:18
52   7:18

¿Alguien podría ayudarme a encontrar una función adecuada que dé un modelo de este comportamiento?  ???

08 Marzo, 2008, 01:12 pm
Respuesta #1

Luis Fuentes

  • el_manco
  • Administrador
  • Mensajes: 58,878
  • País: es
  • Karma: +0/-0
Hola

 Representa en una gráfica las horas frente a las semanas. Verás que es una función periódica muy "parecida" a una función coseno de período 52.

 Entonces puedes intentar interpolar por una función del tipo:

 \( h(t)=a+b\,cos(\displaystyle\frac{2\pi t}{52}+c) \)

 Siendo riguroso un podría plantear un problema de minimización del error por mínimos cuadrados, es decir, minimizar esta expresión:

 \( E(a,b,c)=\displaystyle\sum_{i=1}^{52}{}(a+b\,cos(\displaystyle\frac{2\pi t_i}{52}+c)-h_i)^2 \)

 Pero creo que eso da la lata.

 Así que una buena aproximación se puede encontrar de manera más casera fíjandote en el máximo y mínimo valor que toman las horas y donde las toman.

 No tengo tiempo para más ahora. Inténtalo.

Saludos.

08 Marzo, 2008, 01:52 pm
Respuesta #2

Quema

  • $$\Large \color{#5b61b3}\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi$$
  • Mensajes: 2,107
  • País: uy
  • Karma: +0/-0
  • Sexo: Masculino
Hola

Si existe una rama de las matemáticas y estadísticas: Series Temporales que te servirá. Existen a su vez programas que te hacen analizan la estructura temporal de esa variable. Escucharás hablar de modelos AR(1), AR(2), MA(1), MA(2), ARIMA(1,1). En español hay buenos textos sobre el tema, en algunos textos de Econometría tienes capítulos sobre el tema, me viene a la memoria uno de Novales.
Aquí tienes un link.

www.eumed.net/cursecon/libreria/2004/jsf/4.pdf

Además, es claro que la salida del sol tiene un comportamiento estacional, esta variable fácilmente puedas modelarla leyendo series temporales y con un software, que hay decenas, en la materia. Las series temporales "time series" es ampliamente utilizada en Economía y otras ramas como ser meteorología, astronomía, etc.

Espero que te sirva de ayuda.


10 Marzo, 2008, 10:46 am
Respuesta #3

Luis Fuentes

  • el_manco
  • Administrador
  • Mensajes: 58,878
  • País: es
  • Karma: +0/-0
Hola

 Bien, he tenido tiempo de hacer algunas cuentas.

 Si escogemos como función interpoladora:

 \( h(t)=a+b*Cos(\displaystyle\frac{2 \pi t}{52}+c) \)

 y minimizamos el error por mínimos cuadrados, se obtiene (hecho con Mathematica 5.0):

 \( h(t)=5.87788+1.39155*Cos(\displaystyle\frac{2 \pi t}{52}+0.0240676) \)

 En la siguiente gráfica puedes comparar tus datos con la función que interpola:



 Una opción alternativa y muy óptima para funciones periódicas es utilizar una serie de Fourier. Buscamos una función:

\( h(t)=a_0+\displaystyle\sum_{n=1}^\infty{}a_n cos(\displaystyle\frac{2n\pi t}{T})+b_nsin(\displaystyle\frac{2n\pi t}{T})) \)

donde

\( a_0=\displaystyle\frac{1}{T}\displaystyle\int_{0}^{T} h(t)dt \)

\( a_n=\displaystyle\frac{2}{T}\displaystyle\int_{0}^{T} h(t) cos(\displaystyle\frac{2n\pi t}{T})dt \)

\( b_n=\displaystyle\frac{2}{T}\displaystyle\int_{0}^{T} h(t) sin(\displaystyle\frac{2n\pi t}{T})dt \)

siendo \( T \) el período (en nuestro caso T=52).

La ventaja es que ahora los coeficientes \( a_n,b_n \) pueden aproximarse calculando una discretización de las integrales sobre los datos conocidos. En tu caso:

\( a_0=\displaystyle\frac{1}{52}\displaystyle\sum_{k=1}^{52}{}h_k dt \)

\( a_n=\displaystyle\frac{2}{52}\displaystyle\sum_{k=1}^{52}{}h_k cos(\displaystyle\frac{2n\pi k}{T})dt \)

\( b_n=\displaystyle\frac{2}{52}\displaystyle\sum_{k=1}^{52}{}h_k sin(\displaystyle\frac{2n\pi k}{T})dt \)

Por supuesto no podemos calcular infinitos coeficientes de Fourier, pero un número pequeño de ellos bastará para una buena interpretación. Es decir trabajaremos con una función:

\( H_N(t)=a_0+\displaystyle\sum_{n=1}^N{}a_n cos(\displaystyle\frac{2n\pi t}{T})+b_nsin(\displaystyle\frac{2n\pi t}{T})) \)

 Como ejemplo te presento unas gráficas donde aparecen: los datos en rojo, la aproximación que di al principio en verde, y otra utilizando series de Fourier en tonos morados. Para esta última voy aumentando cada vez el número N de coeficientes:



 \( N=1 \)



 ¿Dónde está el verde?... solapado. Mi aproximación inicial coincide con la serie de Fourier restringida a N=1.



 \( N=2 \)



 Fíjate como mejora al tomar N=2.



 \( N=3 \)



 Ahora para N=3, la aproximación es todavía mejor que antes (¡afina la vista!) y muy muy ajustada a los datos.



Saludos.

P.D. Si necesitas los coeficientes de Fourier házmelo saber.

10 Marzo, 2008, 11:36 am
Respuesta #4

Luis Fuentes

  • el_manco
  • Administrador
  • Mensajes: 58,878
  • País: es
  • Karma: +0/-0
Hola

 Por dejar el tema más redondo. En el siguiente artículo se describe una forma de calcular la hora de salida del sol en un punto de latitud \( L \) en un día \( n \) del año:

Aspectos básicos de la radiación solar

 Resumiendo quedan las siguiente fórmulas (en grados)

 \( \delta=ArcSin(0.4Sin(\displaystyle\frac{360}{365}(n-82))) \)

 \( \mbox{hora de salida}=12-\displaystyle\frac{1}{15}ArcCos(-Tan(l)Tan(\delta)) \)

 La latitud de Nueva York es 40.71º.

 Representando los datos frente a la hora de salida calculada de esta forma obtengo la siguiente gráfica:



 Y representando los datos, la interpolación por la función coseno, la interpolación por la serie de Fourier para N=3 y la fórmula astronómica:



Saludos.