BIT数值分析第一章误差
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第一章: 第一章:误差主要内容• 误差的来源与分类 误差的来源与分类 • 误差与有效数字 • 在近似计算中应注意的几个问题1. 来源与分类 ( Source & Classification )• • • •模型误差 参数误差(观测误差) 参数误差(观测误差) 方法误差(截断误差) 方法误差(截断误差) 舍入误差1.1 模型误差 (Modeling Error)用计算机解决实际问题时, 首先要建立数学 用计算机解决实际问题时 , 首先要建立 数学 模型, 各种实际问题是十分复杂的, 模型 , 各种实际问题是十分复杂的 , 而数学 模型是对被描述的实际问题进行抽象 抽象、 模型是对被描述的实际问题进行 抽象 、 简化 而得到的, 往往忽略 了一些次要因素 忽略了一些 次要因素, 而得到的 , 往往 忽略 了一些 次要因素 , 因而 近似的 是 近似 的 , 我们把数学模型与实际问题之间 出现的这种误差称为模型误差 模型误差。
出现的这种误差称为 模型误差 。
如自由落体 公式1 2 s = gt 2忽略了空气阻力。
忽略了空气阻力。
参数误差(观测误差, 1.2 参数误差(观测误差,Measurement Error) 数学模型中的物理参数的具体数值, 数学模型中的物理参数的具体数值,一般通过 实验测定或观测得到的,因此与真值之间也有 实验测定或观测得到的, 得到的 误差,这种误差称为参数误差 观测误差。
参数误差或 误差,这种误差称为参数误差或观测误差。
例如前例中的重力加速度g=9.8 米 例如前例中的重力加速度 g=9.8米 / 秒 , 这 g=9.8 个数值是由多次实验而得到的结果实际的值 有一定的误差,这时g-9.8就是参数误差。
g-9.8就是参数误差 有一定的误差,这时g-9.8就是参数误差。
1.3 方法误差 (截断误差 Truncation Error)在数学模型( 包括参数值) 确定以后, 在数学模型 ( 包括参数值 ) 确定以后 , 就要考虑 选用某种数值方法具体进行计算, 选用某种数值方法具体进行计算 , 许多数值方法 都是近似方法, 都是近似方法 , 故求出的结果与准确值之间是有 误 差 的 , 该 误 差称 为 截断 误 差 或 方 法 误 差 。
第一章绪论1设x 0, x的相对误差为「.,求In x的误差。
* * e* x * _x解:近似值x*的相对误差为:.=e*x* x*1 而In x 的误差为e In x* =lnx*「lnx e*x*进而有;(ln x*)::.2•设x的相对误差为2%求x n的相对误差。
解:设f(x—,则函数的条件数为Cp^胡1n A.x nx .又7 f '(x)= nx n」C p|=nn又;;r((x*) n) : C p ;,x*)且e r (x*)为2.;r((x*)n) 0.02 n3 •下列各数都是经过四舍五入得到的近似数,即误差限不超过最后一位的半个单位,试指出它们是几位有效数字:X; h.1021 , x;=0.031 , x3 =385.6 x;=56.430, x5 =7 1.0.解:x;=1.1021是五位有效数字;X2 =0.031是二位有效数字;X3 =385.6是四位有效数字;x4 = 56.430是五位有效数字;x5 -7 1.0.是二位有效数字。
4.利用公式(2.3)求下列各近似值的误差限:⑴ 为+X2+X4,(2) x-i x2x3,(3) x2/ x4.* * * *其中X1,X2,X3,x4均为第3题所给的数。
解:*1 4;(x-| ) 102* 1 3;(x 2) 102* 1 1;(x 3) 10 * 1 3;(x 4) 102* 1 1;(x 5) 102 (1);(为 X 2 X 4)=;(为)亠:(x 2)亠:(x 4)=1 10 4 110 J 丄 10^2 2 2= 1.05 10”* * * (2)(X 1X 2X 3)* * * ** * ** *X 1X 2 8(X 3) + X 2X 3 g(xj + X 1X 3 名(X 2)1 1 0.031 汉 385.6 汉?汉10鼻 + 1.1021 域 385.6 汉?汉10(3) XX 2/X 4)X 40.031 110” 56.430 丄 10’2 256.430 56.430=10°5计算球体积要使相对误差限为 1,问度量半径R 时允许的相对误差限是多少? 43解:球体体积为V R 3则何种函数的条件数为=1.1021汉 0.031 汉 * 汉10」+0.215RV' R 4 - R2Ik -3;r(V*) : C pL;r(R*) =3;r(R*)1故度量半径R时允许的相对误差限为;r(R*) 1 :0.3336•设Y0=28,按递推公式丄J783 (n=1,2,…)100计算到Y oo。