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

26308. Причины великих географических открытий 16.73 KB
  Причины великих географических открытий Особое место в процессе зарождения рыночных отношений занимали Великие географические открытия конец XVXVII век благодаря которым удалось установить новые торговые пути вовлечь в мировой хозяйственный оборот огромные ресурсы других стран и континентов. главными из которых были открытие Америки и морского пути в Индию вокруг Африки. В XIIIXV веках все кратчайшие торговые пути туда были перекрыты: турки захватили Балканы и Ближний Восток арабы Северную Африку Русь находилась под гнетом монгол...
26309. Важнейшие открытия XV – середины XVII в 19.21 KB
  В 14821486 годах Диогу Кан Cao пересек экватор открыл устье реки Конго и прошел вдоль побережья Африки до мыса Кросс. В 14871488 годах Бартоломеу Диаш совершил новое беспримерное плавание на юг. В 15921504 годах он совершил четыре плавания через Атлантический океан открыл Большие Антильские и часть Малых Антильских островов побережье Южной и Центральной Америки. В 14971498 годах Васко да Гама на четырех судах обогнул Африку и с помощью арабских кормчих достиг настоящей Индии.
26310. Последствия Великих географических открытий 17.9 KB
  Важнейшим следствием открытия и колонизации новых земель явилась революция цен которая дала мощный импульс первоначальному накоплениюкапитала в Европе и ускорила формирование капиталистического уклада в хозяйстве. цен на сельскохозяйственные и промышленные товары. цены были в основном стабильными то за 70 лет с 30х годов XVI в. Такое движение цен современники связывали либо с большим притоком драгоценных металлов в Европу либо с их утечкой.
26311. Колониальные захваты Испании и Португалии в XVI – XVII в 26.59 KB
  Плантационное рабство получило наибольшее развитие в Бразилии где выращивались сахарный тростник рис кукуруза и табак а также в ВестИндии Венесуэле и Новой Гранаде. С совершенно иными условиями встретились португальцы в Индии. Но португальцы сумели воспользоваться одним важным преимуществом: они обладали более сильным флотом чем мелкие феодальные владетели в Индии Индонезии ИндоКитае. Пиратскими методами захватывая грабя истребляя экипажи кораблей мусульманских купцов державших в своих руках морскую торговлю Индии до прихода...
26312. Реформация в Германии. М.Лютер 42.72 KB
  Религиозное настроение Германии проявлялось в переводах Библии и в развитии церковной песни еще до Лютера; своим знаменитым переводом и своей богослужебной лирикой он только затмил более ранние проблески стремления читать Священное Писание и молиться на родном языке. Годы непосредственно предшествовавшие выступлению Лютера и избранию на престол Карла V были временем большого возбуждения выразившегося в развитии литературы памфлетов и летучих листков. когда Лютер выступил со своими тезисами против индульгенций. после того как и Лютер и...
26313. Крестьянская война в Германии. Т.Мюнцер 40.51 KB
  Крестьянская война в Германии: Обострение классовой борьбы народных масс в деятельность союза Башмак С наступлением феодальной реакции нарастала борьба крестьян. характерно значительно более тесное сближение крестьянской массы с городскими низами чем в предшествовавший период. Усиление же крестьянскоплебейского лагеря не могло не оказать влияния на радикальные элементы в бюргерстве и на известный подъём бюргерской оппозиции вообще. Такое крестьянское общество было раскрыто в 1502 г.
26314. Реформация в Швейцарии. У.Цвингли и Ж.Кальвин 34.59 KB
  Начало же этому было положено в Цюрихе где в 1518 году священником кафедрального собора был избран известный проповедник Ульрих Цвингли. Даже изгнание Цвингли торговца индульгенциями монаха Самсона удостоилась не осуждения а похвалы представителя местного епископа. Так продолжалось до 1522 года когда Цвингли сам пошел на обострение ситуации. Однако и этот вызов не вызвал ожидаемых мер со стороны римского священноначалия напротив папский легат передал Цвингли письмо в котором ему сулились огромные блага если бы он стал поддерживать...
26315. Реформация и религиозные (гражданские) войны во Франции 29.06 KB
  Широко стали распространяться идеи Кальвина во Франции при короле Генрихе II. Именно при Генрихе II кальвинизм во Франции достиг наибольшего распространения. Ослабление королевской власти при сыновьях Генриха II благоприятствовало политическим притязаниям феодальной аристократии и борьба за религиозную свободу слилась с борьбой за власть. Своего короля Генриха Наваррского гугеноты воспринимали как конституционного государя.
26316. Реформация в Англии 14.33 KB
  Реформация в Англии Англия страна известная своими реформаторскими тенденциями. Однако решающую роль в Реформации в Англии предстояло сыграть другому человеку. Реформацию в Англии можно в полном смысле назвать Реформацией сверху так как во главе её стал английский король Генрих VIII. Реформация в Англии при Генрихе VIII Первоначально Генрих был противником Реформации даже написал книги против Лютера В защиту семи таинств 1521 в основе которой были не аргументы а брань в адрес виттенбергского реформатора.