Mittels einer Wheatstoneschen Brücke und eines Vergleichswiderstandes sowie eines Schiebewiderstandes der Länge l wird der Wert eines Widerstandes R gemäß
gemessen. Dabei ist x die Länge auf dem Schiebewiderstand, bei dem der Querstrom in der Brücke verschwindet. Der Ablesefehler von x ist konstant. Für welches x ist der relative Fehler der Widerstandsmessung am kleinsten? Wie groß ist er?
Lösung:
Den relativen Fehler erhält man durch Differentiation des Logarithmus der Widerstandsfunktion:
Die Differentiation liefert
Wird diese Beziehung mit multipliziert, so ergibt sich
Der relative Fehler soll ein Minimum, das heißt ein Extremwert der Funktion sein. Extremwerte findet man durch Nullsetzen der ersten Ableitung. Die erste Ableitung dieser Funktion lautet:
Diese Ableitung wird an der Stelle null. An dieser Stelle nimmt also der relative Fehler der Widerstandsmessung einen Extremwert an. Ob dieser Extremwert ein Minimum ist, kann aus der zweiten Ableitung ersehen werden. Die zweite Ableitung ergibt:
Einsetzen von liefert
Deshalb liegt an der Stelle ein Minimum des relativen Fehlers vor.
Der minimale relative Fehler hat den Wert