90070

Погрешность результата численного решения задачи

Лекция

Математика и математический анализ

Причины возникновения и классификация погрешности Отклонение истинного решения от приближенного назовем погрешностью. Решение задач всегда имеют погрешность связанную со следующими причинами: 1 созданием математической модели любая модель имеет свою степень точности; 2 получением исходных данных т.д.

Русский

2015-05-29

116.91 KB

4 чел.

ЛЕКЦИЯ 1.

Погрешность результата численного решения задачи

Причины возникновения и классификация погрешности

Отклонение истинного решения от приближенного назовем погрешностью.

Решение задач всегда имеют погрешность, связанную со следующими причинами:

1) созданием математической модели (любая модель имеет свою степень точности);

2) получением исходных данных (т.к. являются "результатом измерений", следовательно, возникают измерительные погрешности);

3)использованием вычислительной техники (ошибки округления, возникающие из-за ограниченной разрядной сетки и ошибки, связанные с самими методами).

На рис. 1 и 2 показаны составляющие неустранимой и полной погрешности.

Рис. 1.

Рис. 2.

Неустранимую погрешность и погрешность метода необходимо контролировать, чтобы не осуществлять расчеты с избыточной точностью.

Характеристиками точности результата решения задачи являются абсолютная и относительная погрешности. Для технических задач 10 % - хорошая точность.

Определение. Если х - точное значение некоторого числа, х* - приближенное, то абсолютной погрешностью приближения х* назовем величину: , т.е. точное значение числа х заключено в границах .

Определение. Отношение абсолютной погрешности к абсолютному значению приближенной величины есть относительная погрешность (т.е. доля истинного значения): , при условии, что .

Пример: Найти абсолютную и относительную погрешности, если х=3.141592, а х*=3.14.

Решение: .

Определение. Значащими цифрами числа называются все цифры в его записи, начиная с первой ненулевой слева.

Пример: У чисел подчеркнуты значащие цифры: 0.010087 и 0.0100870000.

Любое число можно представить в виде , где  - основание системы счисления, n – некоторое целое число (старший десятичный разряд числа х), аi – значащие цифры приближенного числа x.

Определение. Значащая цифра аk считается верной, если имеет место неравенство: , где , в противном случае аk - сомнительная цифра.

Прямая задача теории погрешностей

Основная задача теории погрешностей заключается в следующем: по известным погрешностям некоторой системы параметров требуется определить погрешность функции от этих параметров.

Пусть задана дифференцируемая функция у=f1, х2,,хn) и пусть - абсолютные погрешности аргументов. Тогда абсолютная погрешность функции: (формула Лагранжа).

При зависимости функции от одного параметра .

Определение. Предельной абсолютной погрешностью называют следующую оценку погрешности величины у*, т.е. .

Пусть задана дифференцируемая функция у=f1, х2,,хn) и пусть - относительные погрешности аргументов. Тогда относительная погрешность: или .

Определение. Предельной относительной погрешностью называю величину .

Относительная погрешность суммы

. Пусть , а . Следовательно

Замечание: на практике применяется верхняя оценка.

Правила вычисления погрешностей [1]:

  1.  Предельная абсолютная погрешность суммы или разности равна сумме предельных погрешностей.
  2.  Относительная погрешность суммы положительных слагаемых не превышает наибольшей из относительных погрешностей этих слагаемых.
  3.  Предельная относительная погрешность произведения или частного равна сумме предельных относительных погрешностей.
  4.  Предельная относительная погрешность степени и корня приближенного числа равна произведению предельной относительной погрешности этого числа на показатель степени.

Обратная задача теории погрешности

Обратная задача теории погрешности заключается в следующем: при каких значениях аргумента известная функция у=f1, х2,,хn) будет иметь погрешность не превосходящую заданной величины.

Простейшее решение обратной задачи дается принципом равных влияний. Согласно этому принципу предполагается, что все частные дифференциалы одинаково влияют на образование общей абсолютной погрешности.

Предельная погрешность функции у=f1, х2,,хn) для малых абсолютных погрешностей аргументов : .

Оценка для относительной погрешности функции: или .

Пример: Найти предельные абсолютную и относительную погрешности объема шара , если d=3,7см0,05 см; 3,14.

Решение: Рассмотрим d и  как переменные величины. Вычислим частные производные , . При заданных значениях d и  получаем, что , .

Согласно правилу нахождения предельной абсолютной погрешности, имеем:

.

Поэтому V26,511,1 cм3. Относительная погрешность: .

Задачи.

1. Определить

  1.  число верных знаков приближенного числа, если известна абсолютная погрешность;
  2.  число верных десятичных знаков приближенного числа, если известна абсолютная погрешность;
  3.  абсолютную погрешность числа, если известно число верных знаков;
  4.  абсолютную погрешность, если известна относительная;
  5.  относительную погрешность, если известна абсолютная;
  6.  абсолютную погрешность функции, если известны абсолютные погрешности аргументов:

Вариант

Исходные данные

Вариант

Исходные данные

1.

  1.  x=1,109, Ax=0,110-2;
  2.  x=0,01111, Ax=0,510-3;
  3.  x=1,72911, m=3;
  4.  x=0,3771, x=1%;
  5.  x=32,11511, Ax=0,1110-2;
  6.  .

2.

  1.  x=1,609, Ax=0,110-2;
  2.  x=0,06666, Ax=0,510-3;
  3.  x=1,72916, m=3;
  4.  x=0,377766, x=0,5%;
  5.  x=32,61516, Ax=0,1110-2;
  6.  .

2.

  1.  x=1,209, Ax=0,110-2;
  2.  x=0,02222, Ax=0,510-3;
  3.  x=1,7292, m=3;
  4.  x=0,3772, x=1%;
  5.  x=32,21512, Ax=0,2210-2;
  6.  .

7.

  1.  x=1,709, Ax=0,110-2;
  2.  x=0,07777; Ax=0,510-3;
  3.  x=1,7297, m=3;
  4.  x=0,3777, x=0,5%;
  5.  x=32,71517, Ax=0,7710-2;
  6.  .


Вариант

Исходные данные

Вариант

Исходные данные

3.

  1.  x=1,309, Ax=0,110-2;
  2.  x=0,03333, Ax=0,510-3;
  3.  x=1,7293, m=3;
  4.  x=0,3773, x=1%;
  5.  x=32,91513, Ax=0,3310-2;
  6.  .

8.

  1.  x=1,809, Ax=0,110-2;
  2.  x=0,08888, Ax=0,510-3;
  3.  x=1,7298, m=3;
  4.  x=0,3778, x=0,5%;
  5.  x=32,91515, Ax=0,8810-2;
  6.  .

4.

  1.  x=1,409, Ax=0,110-2;
  2.  x=0,07214, Ax=0,510-3;
  3.  x=1,42914, m=3;
  4.  x=0,4774, x=1%;
  5.  x=32,41514, Ax=0,4410-2;
  6.  .

9.

  1.  x=1,909, Ax=0,110-2;
  2.  x=0,07219, Ax=0,510-3;
  3.  x=1,92919, m=3;
  4.  x=0,9779, x=0,5%;
  5.  x=32,91519, Ax=0,9910-2;
  6.  .

5.

a)   x=1,509, Ax=0,110-2;

  1.  x=0,07215, Ax=0,510-3;
  2.  x=1,52915, m=3;
  3.  x=0,37715, x=1%;
  4.  x=32,51515, Ax=0,5510-2;
  5.  .

10.

a) x=1,9010, Ax=0,110-2;

  1.  x=0,07210, Ax=0,510-3;
  2.  x=1,72910, m=3;
  3.  x=0,97791, x=0,5%;
  4.  x=32,915191, Ax=0,9110-2;
  5.  .

2. Составить программу нахождения суммы ряда с точностью до =0,0001:


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

71090. Основы холодильной техники. Компрессоры 50.5 KB
  Холодильной машиной называется совокупность устройств необходимых для непрерывного отвода тепла от охлаждаемой среды при низкой температуре и передаче его окружающей среде при высокой температуре. Существующие холодильные машины подразделяются на две группы: компрессорные: работающие с затратой механической энергии...
71091. Контрольно-кассовые машины на предприятиях общественного питания 37 KB
  Устройство ввода представляет собой клавиши для набора сумм, номера счетчика секции, номера и пароля кассира, клавиши сброса коррекции аннулирования предварительного и общего итога, программирования заголовка чека. Устройство индикации состоит из двух индикаторов для кассира и покупателя и показывает суммы...
71092. Весоизмерительное оборудование 53.5 KB
  Электромеханические весы работают на основе преобразования механического воздействия силы тяжести взвешиваемого груза в пропорциональный ей электрический сигнал который выражается цифровым индексом измеряемой массы. Самым распространенным видом электронных весов являются электронно-тензометрические весы...
71093. Охрана труда. Правовые основы охраны труда 66.5 KB
  В условиях становления рыночной экономики и социальной нестабильности обостряется проблема соблюдения прав работников на нормальные условия и охрану труда. В Российской Федерации в последние годы практически во всех отраслях народного хозяйства наблюдалась тенденция ухудшения условий труда, увеличения числа аварий...
71094. Отчет о финансовых результатах 59.42 KB
  Наиболее значимой отчетной формой о финансовых результатах отчетного периода является отчет о финансовых результатах (прибылях и убытках). Формирование и представление указанных показателей в бухгалтерской отчетности может осуществляться различными способами.
71095. Пояснения, представляемые в составе годовой отчетности 68.12 KB
  Отчета об изменениях капитала Назначение отчета о движении денежных средств. Классификация денежных потоков. Содержание и порядок формирования отчета о движении денежных средств. Содержание и порядок формирования отчета о движении денежных средств.
71096. ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ 1.01 MB
  Электробезопасность - система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного действия электрического тока, электрической дуги, электромеханического тока и статического электричества Воздействие электрического тока на организм...
71097. Обеспечение качества воздушной среды 95.5 KB
  В самой постановке вопроса здесь отчетливо видны две задачи а именно: 1 обеспечение достаточной чистоты воздуха. Обеспечение чистоты воздуха Известно что атмосферный воздух по объемному составу содержит 78 азота 21 кислорода 003 углекислого газа остальное приходится на инертные и прочие газы.
71098. Производственный шум 164 KB
  Действие шума на организм человека Шум определяют как всякий нежелательный для человека звук. Проявление вредного воздействия шума на организм весьма разнообразно. Специфическое воздействие шума действие на слуховой анализатор. Длительное воздействие интенсивного шума выше 80 дБ А на слух человека приводит к его частичной или полной потере.