Gauss' normalfordeling styrer rumraketter
VERDEN PÅ FORMLER: Carl Friedrich Gauss har banet vejen for mobiltelefoni, rumfart og medicin med sin formel.

Gauss' formel viser en fordeling af måleresultater, som i mange sammenhænge optræder naturligt, når man ønsker at beskrive et givet fænomen.

Gauss' formel viser en fordeling af måleresultater, som i mange sammenhænge optræder naturligt, når man ønsker at beskrive et givet fænomen.

Carl Friedrich Gauss betragtes som en af historiens største matematikere på niveau med legender som Newton og Euler. Gauss viste tidligt mere end almindelig flair for tal, da han i en alder af tre år som en anden tallenes Mozart rettede fejl i sin fars regnskaber.

Som 19-årig blev han den første til at tegne en ligebenet syttenkant med passer og lineal. Få år senere udgav han en bog om talteori, hvori den ovenfor viste formel for normalfordelingen indgår. På det tidspunkt var han professor i astronomi og direktør for observatoriet i Göttingen i Tyskland. 

»Gauss’ normalfordeling er den vigtigste af alle sandsynlighedsfordelinger i sandsynlighedsregning og statistik. Formlen har haft fundamental betydning for beskrivelsen af usikkerheder i alle mulige sammenhænge«, fastslår Ege Rubak, lektor på Institut for Matematiske Fag på Aalborg Universitet.

Et naturligt fænomen

Ifølge Ege Rubak er det ikke tilfældigt, at formlen hedder en normalfordeling. Det skyldes, at den viser en fordeling af måleresultater, som i mange sammenhænge optræder naturligt, når man ønsker at beskrive et givet fænomen.

Det kan for eksempel være sandsynligheden for at få 'krone' et bestemt antal gange ved mange møntkast. Ved 100 kast er det mest sandsynligt at få krone 50 gange, men alt mellem 40 og 60 er ikke usædvanligt, mens 0 gange er nærmest utænkeligt.

Sandsynligheden for dette kan nemt beregnes med ganske stor nøjagtighed med normalfordelingen.

Fakta

’Verden på formler’ er 20 korte artikler om en fysisk, matematisk eller kemisk formel, der har haft afgørende indflydelse på vores opfattelse af verden.

Hvem udviklede formlen? Hvad betyder formlen konkret? Under hvilke omstændigheder blev den til? Hvordan blev den modtaget i samtiden? Og hvad har den betydet for udviklingen af den verden, vi kender i dag?

Dette er 14. artikel i rækken, og denne gang gælder det Carl Friedrich Gauss' formel for normalfordeling.

»Det bemærkelsesværdige er, at hvis man tager summen af mange uafhængige, tilfældige hændelser, vil de fordele sig fuldstændig, som Gauss’ normalfordeling beskriver. En tegnet kurve over normalfordelingen antager klokkeform med lave værdier mod venstre, stadig højere værdier mod et toppunkt og derefter faldende værdier mod højre,« forklarer Ege Rubak og uddyber, at μ i formlen beskriver middelværdien og σ spredningen.

Forudsætning for mobiltelefoni

Ege Rubak fortæller, at størstedelen af nutidig sandsynlighedsregning og statistik er bundet op på Gauss’ normalfordeling, som derfor bliver brugt i utallige sammenhænge.

For eksempel når man skal korrigere for de atmosfæriske forstyrrelser, der påvirker signalerne ved trådløs kommunikation i forbindelse med for eksempel mobiltelefoni og transmission af tv og radio.

Summen af disse tilfældige og naturligt forekommende påvirkninger af signalerne er normalfordelt.

»På samme måde vil usikkerheder i andre typer af målinger – for eksempel i ingeniørberegninger af en brokonstruktion – være normalfordelt omkring den korrekte værdi. Når de er normalfordelt, kan man regne på dem ved hjælp af Gauss’ formel og efterfølgende korrigere for usikkerhederne og dermed opnå optimal holdbarhed i konstruktionen,« siger Ege Rubak.

Rumraket på ret kurs

Gauss’ normalfordeling bruges også i medicinalindustrien  i forbindelse med dokumentation af ny medicin.  Her ønsker man typisk at beregne usikkerheden på den gennemsnitlige effekt af medicinen, hvilket ofte involverer beregninger af normalfordelingen. 

Carl Friedrich Gauss (1777-1855), tysk matematiker, fysiker og astronom. (Foto: Colourbox)

Selv styring af raketters færd gennem rummet er baseret på normalfordelingen, fortæller Ege Rubak. 

»En rumrakets bane bliver konstant udsat for påvirkninger fra det omgivende univers, som aldrig kan måles helt præcist. Men den samlede effekt af disse små usikkerheder kan beskrives ved normalfordelingen, og det benytter man i de computere, der tilpasser rakettens fremdrift og holder kursen.«

Artiklen er tidligere bragt i Magisterbladet.

I denne video kan du lære mere om Normalfordeling:

Videoen er produceret af Youtube-kanalen 'balint256'.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs mere om Hubbles utrolige billeder her.