webdonsk.ruКак сделать приближенное значение
Добавил пользователь Alex Обновлено: 08.09.2024
Приближенное значение — число, которое получилось после округления.
Округлить можно любое число — для всех чисел работают одни и те же правила.
Округлить число значит сократить его значение до сотых, десятков или тысячных, остальные значения откидываются. Это нужно в случаях, когда полная точность не нужна или невозможна.
Чтобы округлить натуральное число, нужно в записи числа выбрать разряд, до которого производится округление.
Правила округления чисел:
1. Подчеркнуть цифру разряда, до которого надо округлить число.
2.Отделить все цифры справа от этого разряда вертикальной чертой.
3. Если справа от подчеркнутой цифры стоит 0,1, 2, 3 или 4 — все цифры, которые отделены справа, заменяем нулями. Цифру разряда, до которой округляли, оставляем без изменений.
4.Если справа от подчеркнутой цифры стоит 5, 6, 7, 8 или 9 — все цифры, которые отделены справа, заменяем нулями. К цифре разряда, до которой округляли, прибавляем 1.
Итак, мы должны округлить 1456 до разряда десятков. Все действия округления производятся с конца числа . У 10 один ноль. Значит убирать с конца 1456 будем одну последнюю цифру 6 . Цифра 6 больше 5, значит по правилам округления , предыдущую цифру 5 будем увеличивать на 1. Теперь о существовании первых цифр 1 и 4 временно забываем. На месте удалённой цифры ставим ноль. Получаем в результате округления , число 1460
Например, округлим число 123 до разряда десятков. Последняя цифра у этого числа 3 , она меньше 5. Значит по правилам округления, предыдущую цифру 2 , мы увеличивать не будем. Она останется без изменений. Итого получаем : 123 ? 120
Теперь попробуем округлить то же самое число 123, но уже до разряда сотен . У сотни два ноля. Значит будем убирать две последние цифры в числе . Итого получаем : 123 ? 100
Округлить число 1234 до разряда сотен. Ответ - 1234 ? 1200
Округлить число 1234 до разряда тысяч. У 1000 три ноля. Будем убирать три последние цифры в числе. В итоге получаем : 1234 ? 1000
Округлим число 675 до разряда десятков. Последняя цифра , которую мы будем убирать , равна 5. По правилам округления , будем предыдущую цифру увеличивать на один. Ответ : 675 ? 680
Теперь попробуем округлить то же самое число 675, но уже до разряда сотен . Ответ : 675 ? 700
Округлим число 9876 до разряда десятков. Ответ: 9876 ? 9880
Округлить число 9876 до разряда сотен. Ответ : 9876 ? 9900
Округлить число 9876 до разряда тысяч. У тысячи три ноля. Будем убирать три последние цифры в числе . Цифра 8 больше 5. Значит цифру 9 будем увеличивать на 1, а значит будет число 10 . Ответ : 9876 ? 10000
В математике используют приближённые значения действительных чисел для графического решения уравнений и для выполнения практических вычислений с действительными числами.
Действительные числа — бесконечные десятичные дроби.
найдём площадь круга по формуле S = p R 2 = 4 ? 3,14159265359 . = 12,5663706144 . .
В ответ мы можем написать приближённое значение:
1) S ≈ \(12,56\) — приближённое значение этого числа с недостатком с точностью до сотых,
2) S ≈ \(12,57\) — приближённое значение этого числа с избытком с точностью до сотых.
Таким образом, используют округление с недостатком и округление с избытком.
Абсолютная погрешность приближения показывает точность приближённого значения и находится по формуле \(h=\) x - a , где \(x\) — точное значение величины, \(a\) — её приближённое значение.
Погрешность приближённого равенства S ≈ \(12,56\) или S ≈ \(12,57\) выражается как S - 12 , 56 или соответственно как S - 12, 57 .
Если первая отбрасываемая цифра меньше \(5\), то нужно брать приближение с недостатком; если первая отбрасываемая цифра больше или равна \(5\), то нужно брать приближение с избытком.
\(S=12,5663706144. \) С точностью до \(0,01\) имеем S ≈ \(12,57\); выбрали приближение с избытком, т. к. на третьем месте после запятой стоит цифра \(6\) — её и отбросим.
при точности до \(0,0001\) получим S ≈ \(12,5664\) — тоже выбрали приближение с избытком, т. к. на пятом месте после запятой стоит цифра \(7\) (мы её отбрасываем).
При точности до \(0,001\) нужно выбрать приближение с недостатком: S ≈ \(12,566\).
Если \(a\) — приближённое значение числа \(x\) и x - a <= h , то говорят, что абсолютная погрешность приближения не превосходит \(h\) или что число \(x\) равно числу \(a\) с точностью до \(h\).
Кроме того, на странице присутствуют формулы нахождения абсолютной и относительной погрешность вычислений. Материал очень полезный, поскольку погрешности приходится рассчитывать и в других задачах. Физики, где ваши аплодисменты? =)
Для успешного освоения примеров необходимо уметь находить производные функций хотя бы на среднем уровне, поэтому если с дифференцированием совсем нелады, пожалуйста, начните с урока Как найти производную? Также рекомендую прочитать статью Простейшие задачи с производной, а именно параграфы о нахождении производной в точке и нахождении дифференциала в точке. Из технических средств потребуется микрокалькулятор с различными математическими функциями. Можно использовать Эксель, но в данном случае он менее удобен.
Практикум состоит из двух частей:
– Приближенные вычисления с помощью дифференциала функции одной переменной.
– Приближенные вычисления с помощью полного дифференциала функции двух переменных.
Кому что нужно. На самом деле можно было разделить богатство на две кучи, по той причине, что второй пункт относится к приложениям функций нескольких переменных. Но что поделать, вот люблю я длинные статьи.
Приближенные вычисления
с помощью дифференциала функции одной переменной
Рассматриваемое задание и его геометрический смысл уже освещёны на уроке Что такое производная?, и сейчас мы ограничимся формальным рассмотрением примеров, чего вполне достаточно, чтобы научиться их решать.
В первом параграфе рулит функция одной переменной. Как все знают, она обозначается через или через . Для данной задачи намного удобнее использовать второе обозначение. Сразу перейдем к популярному примеру, который часто встречается на практике:
Вычислить приближенно , заменяя приращения функции ее дифференциалом.
Решение: Пожалуйста, перепишите в тетрадь рабочую формулу для приближенного вычисления с помощью дифференциала:
Начинаем разбираться, здесь всё просто!
На первом этапе необходимо составить функцию . По условию предложено вычислить кубический корень из числа: , поэтому соответствующая функция имеет вид: . Нам нужно с помощью формулы найти приближенное значение .
Смотрим на левую часть формулы , и в голову приходит мысль, что число 67 необходимо представить в виде . Как проще всего это сделать? Рекомендую следующий алгоритм: вычислим данное значение на калькуляторе:
– получилось 4 с хвостиком, это важный ориентир для решения.
Примечание: Когда с подбором всё равно возникает затруднение, просто посмотрите на скалькулированное значение (в данном случае ), возьмите ближайшую целую часть (в данном случае 4) и возведите её нужную в степень (в данном случае ). В результате и будет выполнен нужный подбор: .
Если , то приращение аргумента: .
Итак, число 67 представлено в виде суммы
Далее работаем с правой частью формулы .
Сначала вычислим значение функции в точке . Собственно, это уже сделано ранее:
Дифференциал в точке находится по формуле:
– тоже можете переписать к себе в тетрадь.
Из формулы следует, что нужно взять первую производную:
И найти её значение в точке :
Всё готово! Согласно формуле :
Найденное приближенное значение достаточно близко к значению , вычисленному с помощью микрокалькулятора.
Ответ:
Вычислить приближенно , заменяя приращения функции ее дифференциалом.
Это пример для самостоятельного решения. Примерный образец чистового оформления и ответ в конце урока. Начинающим сначала рекомендую вычислить точное значение на микрокалькуляторе, чтобы выяснить, какое число принять за , а какое – за . Следует отметить, что в данном примере будет отрицательным.
У некоторых, возможно, возник вопрос, зачем нужна эта задача, если можно всё спокойно и более точно подсчитать на калькуляторе? Согласен, задача глупая и наивная. Но попытаюсь немного её оправдать. Во-первых, задание иллюстрирует смысл дифференциала функции. Во-вторых, в древние времена, калькулятор был чем-то вроде личного вертолета в наше время. Сам видел, как из местного политехнического института году где-то в 1985-86 выбросили компьютер размером с комнату (со всего города сбежались радиолюбители с отвертками, и через пару часов от агрегата остался только корпус). Антиквариат водился и у нас на физмате, правда, размером поменьше – где-то с парту. Вот так вот и мучились наши предки с методами приближенных вычислений. Конная повозка – тоже транспорт.
Так или иначе, задача осталась в стандартном курсе высшей математики, и решать её придётся. Это основной ответ на ваш вопрос =)
Вычислить приближенно с помощью дифференциала значение функции в точке . Вычислить более точное значение функции в точке с помощью микрокалькулятора, оценить абсолютную и относительную погрешность вычислений.
Используя формулу , вычислим дифференциал в этой же точке.
Находим первую производную:
И её значение в точке :
Таким образом, дифференциал в точке:
В результате, по формуле :
Вторая часть задания состоит в том, чтобы найти абсолютную и относительную погрешность вычислений.
Абсолютная и относительная погрешность вычислений
Абсолютная погрешность вычислений находится по формуле:
Знак модуля показывает, что нам без разницы, какое значение больше, а какое меньше. Важно, насколько далеко приближенный результат отклонился от точного значения в ту или иную сторону.
Относительная погрешность вычислений находится по формуле:
, или, то же самое:
Относительная погрешность показывает, на сколько процентов приближенный результат отклонился от точного значения. Существует версия формулы и без домножения на 100%, но на практике я почти всегда вижу вышеприведенный вариант с процентами.
После короткой справки вернемся к нашей задаче, в которой мы вычислили приближенное значение функции с помощью дифференциала.
Вычислим точное значение функции с помощью микрокалькулятора:
, строго говоря, значение всё равно приближенное, но мы будем считать его точным. Такие уж задачи встречаются.
Вычислим абсолютную погрешность:
Вычислим относительную погрешность:
, получены тысячные доли процента, таким образом, дифференциал обеспечил просто отличное приближение.
Ответ: , абсолютная погрешность вычислений , относительная погрешность вычислений
Следующий пример для самостоятельного решения:
Вычислить приближенно с помощью дифференциала значение функции в точке . Вычислить более точное значение функции в данной точке, оценить абсолютную и относительную погрешность вычислений.
Примерный образец чистового оформления и ответ в конце урока.
Многие обратили внимание, что во всех рассмотренных примерах фигурируют корни. Это не случайно, в большинстве случаев в рассматриваемой задаче действительно предлагаются функции с корнями.
Но для страждущих читателей я раскопал небольшой пример с арксинусом:
Вычислить приближенно с помощью дифференциала значение функции в точке
Этот коротенький, но познавательный пример тоже для самостоятельного решения. А я немного отдохнул, чтобы с новыми силами рассмотреть особое задание:
Вычислить приближенно с помощью дифференциала , результат округлить до двух знаков после запятой.
Решение: Что нового в задании? По условию требуется округлить результат до двух знаков после запятой. Но дело не в этом, школьная задача округления, думаю, не представляет для вас сложностей. Дело в том, что у нас дан тангенс с аргументом, который выражен в градусах. Что делать, когда вам предлагается для решения тригонометрическая функция с градусами? Например, и т. д.
Алгоритм решения принципиально сохраняется, то есть необходимо, как и в предыдущих примерах, применить формулу
Записываем очевидную функцию
Значение нужно представить в виде . Серьёзную помощь окажет таблица значений тригонометрических функций. Кстати, кто её не распечатал, рекомендую это сделать, поскольку заглядывать туда придется на протяжении всего курса изучения высшей математики.
После предварительного анализа градусы необходимо перевести в радианы. Так, и только так!
В данном примере непосредственно из тригонометрической таблицы можно выяснить, что . По формуле перевода градусов в радианы: (формулы можно найти в той же таблице).
Таким образом: (при вычислениях используем значение ). Результат, как и требовалось по условию, округлён до двух знаков после запятой.
Ответ:
Вычислить приближенно с помощью дифференциала , результат округлить до трёх знаков после запятой.
Это пример для самостоятельного решения. Полное решение и ответ в конце урока.
Как видите, ничего сложного, градусы переводим в радианы и придерживаемся обычного алгоритма решения.
Приближенные вычисления
с помощью полного дифференциала функции двух переменных
Всё будет очень и очень похоже, поэтому, если вы зашли на эту страницу именно этим заданием, то сначала рекомендую просмотреть хотя бы пару примеров предыдущего пункта.
Для изучения параграфа необходимо уметь находить частные производные второго порядка, куда ж без них. На вышеупомянутом уроке функцию двух переменных я обозначал через букву . Применительно к рассматриваемому заданию удобнее использовать эквивалентное обозначение .
Как и для случая функции одной переменной, условие задачи может быть сформулировано по-разному, и я постараюсь рассмотреть все встречающиеся формулировки.
Вычислить приближенное значение функции в точке с помощью полного дифференциала, оценить абсолютную и относительную погрешность.
А вот и рабочая формула:
Перед нами фактически старшая сестра формулы предыдущего параграфа. Переменная только прибавилась. Да что говорить, сам алгоритм решения будет принципиально таким же!
По условию требуется найти приближенное значение функции в точке .
Число 3,04 представим в виде . Колобок сам просится, чтобы его съели:
,
Число 3,95 представим в виде . Дошла очередь и до второй половины Колобка:
,
И не смотрите на всякие лисьи хитрости, Колобок есть – надо его съесть.
Вычислим значение функции в точке :
Дифференциал функции в точке найдём по формуле:
Из формулы следует, что нужно найти частные производные первого порядка и вычислить их значения в точке .
Вычислим частные производные первого порядка в точке :
Полный дифференциал в точке :
Таким образом, по формуле приближенное значение функции в точке :
Вычислим точное значение функции в точке :
Вот это значение является абсолютно точным.
Погрешности рассчитываются по стандартным формулам, о которых уже шла речь в этой статье.
Ответ: , абсолютная погрешность: , относительная погрешность:
Вычислить приближенное значение функции в точке с помощью полного дифференциала, оценить абсолютную и относительную погрешность.
Это пример для самостоятельного решения. Кто остановится подробнее на данном примере, тот обратит внимание на то, что погрешности вычислений получились весьма и весьма заметными. Это произошло по следующей причине: в предложенной задаче достаточно велики приращения аргументов: . Общая закономерность такова – чем больше эти приращения по абсолютной величине, тем ниже точность вычислений. Так, например, для похожей точки приращения будут небольшими: , и точность приближенных вычислений получится очень высокой.
Данная особенность справедлива и для случая функции одной переменной (первая часть урока).
С помощью полного дифференциала функции двух переменных вычислить приближенно значение данного выражения. Вычислить это же выражение с помощью микрокалькулятора. Оценить в процентах относительную погрешность вычислений.
Решение: Вычислим данное выражение приближенно с помощью полного дифференциала функции двух переменных:
Вычислим значение функции в точке :
Дифференциал в точке найдем по формуле:
Для этого вычислим частные производные первого порядка в точке .
Производные здесь не самые простые, и следует быть аккуратным:
;
Полный дифференциал в точке :
Таким образом, приближенное значение данного выражения:
Вычислим более точное значение с помощью микрокалькулятора: 2,998899527
Найдем относительную погрешность вычислений:
Ответ: ,
Как раз иллюстрация вышесказанному, в рассмотренной задаче приращения аргументов очень малы , и погрешность получилась фантастически мизерной.
С помощью полного дифференциала функции двух переменных вычислить приближенно значение данного выражения. Вычислить это же выражение с помощью микрокалькулятора. Оценить в процентах относительную погрешность вычислений.
Это пример для самостоятельного решения. Примерный образец чистового оформления в конце урока.
Как уже отмечалось, наиболее частный гость в данном типе заданий – это какие-нибудь корни. Но время от времени встречаются и другие функции. И заключительный простой пример для релаксации:
С помощью полного дифференциала функции двух переменных вычислить приближенно значение функции , если
Решение ближе к дну страницы. Еще раз обратите внимание на формулировки заданий урока, в различных примерах на практике формулировки могут быть разными, но это принципиально не меняет сути и алгоритма решения.
Если честно, немного утомился, поскольку материал был нудноватый. Непедагогично это было говорить в начале статьи, но сейчас-то уже можно =) Действительно, задачи вычислительной математики обычно не очень сложны, не очень интересны, самое важное, пожалуй, не допустить ошибку в обычных расчётах.
Да не сотрутся клавиши вашего калькулятора!
Решения и ответы:
Пример 2: Решение: Используем формулу:
В данном случае: , ,
Таким образом:
Ответ:
Пример 4: Решение: Используем формулу:
В данном случае: , ,
Таким образом:
Вычислим более точное значение функции с помощью микрокалькулятора:
Абсолютная погрешность:
Относительная погрешность:
Ответ: , абсолютная погрешность вычислений , относительная погрешность вычислений
Пример 5: Решение: Используем формулу:
В данном случае: , ,
Таким образом:
Ответ:
Пример 7: Решение: Используем формулу:
В данном случае: , ,
Таким образом:
Ответ:
Пример 9: Решение: Используем формулу:
В данной задаче:
, , , , .
Вычислим частные производные первого порядка в точке :
Полный дифференциал в точке :
Таким образом:
С помощью калькулятора вычислим точное значение функции в данной точке:
Абсолютная погрешность:
Относительная погрешность:
Ответ: , абсолютная погрешность: , относительная погрешность:
Пример 11: Решение: С помощью полного дифференциала вычислим данное выражение приближенно:
В данной задаче:
,
,
Вычислим частные производные первого порядка в точке :
Полный дифференциал в точке :
Таким образом, приближенное значение данного выражения:
Значение, вычисленное с помощью микрокалькулятора: 2,007045533
Найдем относительную погрешность вычислений:
Ответ: ,
Пример 12: Решение: Используем формулу:.
В данной задаче: , , , , .
Вычислим частные производные первого порядка в точке :
Полный дифференциал в точке :
Таким образом:
Ответ:
Автор: Емелин Александр
(Переход на главную страницу)
cкидкa 15% на первый зaкaз, при оформлении введите прoмoкoд: 5530-hihi5
Рассмотрим два числа x = 1+a, y = 1+v,
где |a|<<1,|v|<<1 - гораздо меньше единицы (сотые, тысячные и т.д.).
Найдём их произведение:
Произведение av $\approx$ 0 пренебрежимо мало, и мы получаем:
$$ (1+a)(1+v) \approx 1+a+v, \quad |a|<<1, |v|<<1 $$
$1,012 \cdot 1,004 \approx 1+0,012+0,004 = 1,016$ – значение по приближенной формуле
$1,012 \cdot 1,004 = 1,016048$ - точное значение
$0,997 \cdot 1,003 \approx 1-0,003+0,003 = 1,000$ – значение по приближенной формуле
$0,997 \cdot 1,003 = 0,999991$ - точное значение
Квадрат и другие степени числа, близкого к единице
Используя формулу для произведения двух чисел, близких к единице, получаем приближенную формулу для квадрата, куба и других степеней таких чисел:
В жизни человека встречается два вида чисел: точные и приближённые.
Например, у квадрата четыре стороны, число 4 является точным.
Другая ситуация, на вопрос, сколько вам лет вы отвечаете 12, это приближенная величина, мы ведь не говорим 12 лет 7 месяцев 26 дней.
На практике мы часто не знаем точных значений величин. Никакие весы, как бы хорошо они ни были настроены, не могут показать абсолютно точный вес. Любой термометр показывает температуру с той или иной погрешностью. Наш глаз не в состоянии увидеть четко показания прибора, поэтому вместо того, чтобы иметь дело с точным значением величины, мы вынуждены оперировать с ее приближённым значением
Однако знание о приближённом числе уже даёт понимание о сути дела, и к тому же не всегда точное значение бывает необходимо.
Приближенные значения чисел в математике разделяют на:
1. приближенные значения с избытком;
2. приближенные значения с недостатком.
Например, про арбуз, который весит 9 кг 280 г, мы можем сказать, что его вес примерно равен 9 кг. Это приближенное значение с недостатком. А если бы его вес составлял 9 кг 980 грамм, мы бы сказали 10 кг – это приближенное значение с избытком.
Другой пример - если длина отрезка равна 25 см 3 мм, то 25 см – это приближенное значение длины отрезка с недостатком, а 26 см – это приближенное значение длины отрезка с избытком.
Итак, если число Х больше числа А, но меньше числа В, тогда А – является приближенным значением числа Х с недостатком, а число В - приближенным значением числа Х с избытком.
Давайте рассмотрим такие примеры:
1)число 58,79 больше чем 58, но меньше 59. Число 58,79 ближе расположено к натуральному числу 59;
2)число 181, 123 больше, чем 181, но меньше, чем 182. Число 181,123 расположено ближе к натуральному числу 181. То натуральное число, к которому дробь ближе называют округленным значением этого числа.
Округление чисел - это математическое действие, которое позволяет уменьшить количество цифр в числе, заменяя его приближенным значением.
Под округлением числа понимают отбрасывание одной или нескольких цифр в десятичном представлении числа. Замену числа ближайшим к нему натуральным числом или нулем называют округлением этого числа до целых.
Например, число 58,79 округляется до 59, так как число 59 расположено ближе, а число 181,123 округляется до 181.
А что делать, если расстояния до приближенного значения числа с недостатком и избытком равны, например, 23,5? Оказывается, округляют в большую сторону! Т.е. получится 24
Существует четкое правило для округления чисел:
Чтобы округлить число до какого-либо разряда – подчеркнем цифру этого разряда, а затем все цифры, стоящие за подчеркнутой, заменяем нулями, а если они стоят после запятой – отбрасываем. Если первая замененная нулем или отброшенная цифра равна 0, 1, 2, 3 или 4, то подчеркнутую цифру оставляем без изменения. Если за подчеркнутой цифрой стоит цифра 5, 6, 7, 8 или 9, то подчеркнутую цифру увеличиваем на 1.
Теперь стало понятно, почему число 23,5 округлили до 24.
Т.к. отбрасываемая цифра равна 5.
Округлим число 86,275 до десятых.
Подчеркнем цифру 2, отбрасываем цифры 7 и 5, которые следуют за разрядом десятых. За подчеркнутой цифрой 2 стоит цифра 7, поэтому цифру 2 увеличиваем на 1. Получаем 86,3. Записывают это так:
Округлим число 6,6739 до сотых.
Подчеркиваем цифру 7, отбрасываем цифры 3 и 9, которые следуют за разрядом сотых. За подчеркнутой цифрой 7 стоит цифра 3, поэтому цифру 7 оставляем без изменения. Получаем 6,67.
Записывают это так:
Таким образом, можно убедиться, что если десятичную дробь округляют до какого-нибудь разряда, то все следующие за этим разрядом цифры отбрасывают.
Округлим число 8 154 до сотен.
Подчеркиваем цифру 1, за ней следует цифра 5, значит 1 заменяем цифрой 2, а все последующие цифры нулями, то есть получится 8200.
Записывают это так:
Делаем вывод, что при округлении натурального числа до некоторого разряда все цифры последующих разрядов заменяются нулями.
Итак, перед вами несложный алгоритм, который позволяет правильно выполнить округление любого числа:
Первое: найти нужный разряд и подчеркнуть стоящую в нем цифру.
Второе: переписать все цифры, стоящие до нее.
Третье: заменить все цифры, стоящие после выделенной, нулями до конца целой части или отбросить все цифры, имеющиеся после выделенной, если они стоят после запятой.
Четвертое: увеличить выделенную цифру на единицу, если за этой цифрой стоит цифра 5,6,7,8,9 или переписать выделенную цифру без изменений, если за ней стоит цифра 0,1,2,3,4.
Таким образом, в ходе этого урока Вы узнали, что такое приближенные значения чисел с недостатком и избытком округление чисел, а также приобрели четкий алгоритм, который позволяет правильно выполнить округление любого числа!
Читайте также: