Først bladr de første 5 sildes i præsentationen til højre (se selv der hjemme at matematik er vigtigt - i videoen på første slide)
Hvorfor vi skal arbejde med dette emne:
Se denne video (2 min) om, hvordan matematiske modeller er beslutningsgrundlag for, hvordan Danmark åbnes efter Corona-lockdown
Læs: Én ud af 35 af de økonomiske prognoser rammer rigtigt ( 3minutter til at læse)
Se et eksempel på, hvordan en model kan bruges i en politisk diskussion (6:20)
Et eksempel på en matematisk model, der ligger til grund for beslutninger omkring karantæne ifm Coronavirus epidemi. Og her nogle rigtige beregninger ud i fremtiden på basis af en meget avanceret udgave af den model.
Et overblik over modelbygningsprocessen
Først et eksempel på matematiske modeller i gymnasiet. Lav opgave (se billedet til højre - Temperaturopgaven)
Løsninger:
a) D(T)=15,7*0,891^T
b) Ved -180C er holdbarheden 125 dage
Temperaturen skal være -21,2 ved holdbarhed på 180 døgn.
c) Halveringskonstanten 6,0 grader
-20,6% i holdbarhed ved ændring af temperaturen på +2 grader
Se denne video om matematiske modeller: 13:00 Mange eksempler
Se nu denne mere detaljerede beskrivelse af modelarbejdet. (9:06) (Svarende til den blå figur til højre). En oversigt over begreberne kan ses her.
Quiz i begreberne. Også her: kortlink.dk/2kcq7
Klavs gennemgår de næste to slides i præsentationen fra videoen - blot for at se, at det er videoen i eget tempo
Forstå modellen i den blå figur
Afhængig og uafhængig variabel
Se videoen for lige at genopfriske det med variable: Matematiske begreber: Afhængige og uafhængige variable, fra tekst til matematik video (1 min).
Estimering af parametre
En meget vigtig del af arbejdet med matematiske modeller er estimering af parametre. Regression er en vigtig metode til estimering.
Se videoen Lineær regression, residualplot og residualspredning(7:00) og få de forskellige aktiviteter i præsentationen til at passe ind i den blå figur for modelbygningsprocessen.
Opstilling af data i tabel
Valg af lineær model
Lineær regression
Brugen af forklaringsgraden
Brugen af residualplottet
Brugen af residualspredningen
Brugen af residualerne i forhold til residualspredningen
Klavs gennemgår med udgangspunkt i dette link, hvordan regression mere præcist foregår ved hjælp af “mindste kvadraters metode”: Undersøg denne Geogebra-opgave om mindste kvadraters metode. Hvad er det mindste mulige samlede areal?
2i nåede hertil i første modul
Opgave i at vurdere validiteten af en lineær model: Her ses 4 datasæt. Anscombe's datasæt
I grupper (en gruppe laver beregninger for et sæt data I, II, III eller IV)
Lav en lineær regression for et af de 4 datasæt.
Find formlen for regressionslinjen, r2, residualplottet.
Vurder den lineære models rækkevidde og validitet.
Hvad er særligt i sæt 3 og 4?
Kilde: https://en.wikipedia.org/wiki/Anscombe%27s_quartet
Hvornår kan brugen af matematiske modeller gå galt (fokus på kausalitet og korrelation)?
Se dette TV indslag om præsentation af videnskabelige nyheder i TV (20 min)
Kausalitet (P-hacking), Exploratory/replication study, representativity, transferability (rats -> human).
Se denne video om: Korrelation og kausalitet - video (6 min)
(Er en del af binomialtestforløb) Se denne video med Hans Rosling: How not to be ignorant… (20 min) om hvor vigtigt det er, at være kritisk i forhold til det man hører…
Gennemfør samtidigt denne Kahoot survey (lærerlink)
Vurdering af en matematisk regressionsmodel i matB stx
Et konkret eksempel på en større matematisk model (ADAM) for dansk økonomi
Se her et TVindslag om Nationalbankens prognoser for dansk økonomi (15/3 2023) i TV2 Nyhederne (6:00)
Se her hvordan en mini-udgave af den matematiske økonomiske model selv gør det muligt at lege Nationalbank. (4:00) Intet billede
Se billedet til højre for at se de 7 uafhængige variable i modellen
Prøv selv at lave et økonomisk indgreb og se konsekvenserne.
Se et eksempel på "Hvad der kan ske" (6:00)
Prøv selv at eksperimentere med modellens "Hvad kan der ske". Klik fx på Lønudvikling, Gå til forløb, Lønudvikling og vælg om lønnen skal stige eller falde. Følg så de økonomiske konsekvenser.
Opgave: Vurdering af modellens rækkevidde
På figuren er vist to modeller for det danske skattesystem. Begge viser betalt skat som funktion af indkomst (uden at der er taget hensyn til eventuelle fradrag).
Den røde graf viser skattebetalingen med tre skattetrin. Den blå graf svarer til udsagnet “I Danmark betaler man 50% af hver tjent krone i skat”.
For hvilken indkomst er der størst forskel på de to modeller?
For hvilke indkomster er der (næsten) ingen forskel på de to modeller?
Hvor stor er afvigelsen i procent på den røde model i forhold til den blå model ved indkomster på 50.000, 550.000?
Hvis du skulle angive et interval for hvilke indkomster, der med rimelighed kan benytte den blå model - hvilket interval vil du så angive som den blå models rækkevidde?
Se denne video for at få et billede af, hvor vigtigt det er, at præsentere data på en god måde: Om værdien af at præsentere data på en god måde (Hans Rosling 5 min)
Og se denne video om Anvendelse af figurer (fx også i Samfundsfag)
Variable
Der indgår to typer i arbejdet med modeller. De variable, der ligger uden for modellens system (eksogene variable) og de variable, der bliver bestemt med den matematiske beregning i modellen (endogene variable). I andre sammenhænge vil disse variable blive betegnet som uafhængige variable (eksogene) og afhængige variable (endogene).
Parametre
De tal, der ud over modellens variabler, er bestemmende for modellens resultat kaldes parametre. For en bestem model er disse tal konstanter. Og de skal bestemmes før man kan foretage beregninger i modellen.
Abstraktion
I virkelighedens verden er der rigtig mange forhold, der er bestemmende for udviklingen i et system, som vi ønsker at regne på. Det er sjældent muligt at medtage alle disse forhold i beskrivelsen af systemet. Og i modelarbejdet vil vi være nødsaget til at se bort fra forhold, der ikke er interessante eller som vi vurderer har en ubetydelig konsekvens for modellens resultat. Dette betegnes med begrebet abstraktion. Det vi ser bort fra. Abstraktionen er et bevidst valg. Hvis ikke det er bevist er det fordi vi ikke kender til et bestemt forholds betydning og så er det ikke en abstraktion - så er det uvidenhed.
Approksimation og Idealisering
Når vi skal beskrive virkelighedens verden er naturen ofte kompleks. Og opfører sig ikke helt ens hver gang. En bakteriekoloni kan vokse eksponentielt i en periode og det kan fint beskrives med en eksponentialfunktion, men på lang sigt vil ingen bakteriekultur kunne blive ved med at udvikle sig med eksponentiel hast - den vi mange såvel næring og plads. Men i et givet tidsinterval kan den eksponentielle model være en god tilnærmelse. Her er tale om en idealisering eller en approksimation.
Modellens gyldighedsområde
Abstraktionen og idealiseringerne vil som oftest sætte nogle begrænsninger for under hvilke forhold vi kan have tillid til modellen. Der er situationer, som modellen ikke er beregnet til at regne på. Dette er afgørende for, hvornår modellen er gyldig.I en regressionsanalysen laver vi alene en analyse af korrelation (dvs. sammenhæng mellem data/variable). Vi kan ikke sige noget om årsagssammenhæng (kausalitet).
Korrelation betyder ifølge Den Danske Ordbog : ”Graden af overensstemmelse mellem to fænomener fx sammenfaldende udsving i to forskellige målinger”. Kausalitet betyder ifølge Den Danske Ordbog : ”Logisk forbindelse mellem to (evt. flere) størrelser eller forhold der består i at den ene er årsag til den anden”.
Estimering
Når den matematiske model er opstillet med eksogene variable, endogene variable og parametre og det er tydeliggjort under hvilke forhold modellen er brugbar (modellens gyldighedsområde), skal værdien af modellens parametre bestemmes. Ofte vil det foregå parallelt med at modellen opstilles, men modellen for gedders længde vil givet vis også kunne anvendes til at beskrive udviklingen af mange andre dyr - fisk i hvert fald. Men med andre værdier for parametrene. Parametrene skal derfor estimeres præcist for den konkrete model.
Verifikation
Når modelarbejdet har nået dette punkt, kan de første beregninger eller analyser foretages. Modellen skal nu sammenlignes med hvordan virkeligheden ser ud. Dette arbejde kaldes verifikation.
Validitet
Endelig skal modellens validitet fastlås. Det drejer sig om at tilskrive modellen en troværdighed. Kan vi have tillid til de beregninger, som modellen giver. For modellen med gedder eller højder, skal der måske angives et usikkerhedsinterval.
Kilder, som du kan bruge i arbejdet med matematiske modeller
Cala Schmidt: Eksempler på matematiske modeller (5:00): https://www.youtube.com/watch?v=w2clsw7vXpI
Niels Jakob Hansen: COVID19 SEIR model (4:00): https://www.youtube.com/watch?v=qKgfJrYfg-I&feature=emb_logo
Klavs Kokseby Frisdahl: Om at bygge matematiske modeller: https://da.wikipedia.org/wiki/Model_(matematik) og en kort udgave på video (9:00) https://www.youtube.com/watch?v=axQtINvg06w
Finansrådet: Vismandsspillet: http://www.vismandsspillet.dk/game/DK_Start.aspx
Gert Uttenthal Jensen: Metoder i matematik: https://youtu.be/p2TgADMO48s