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数值计算方法-数值运算误差

时间:2023-11-06 理论教育 版权反馈
【摘要】:在实际的数值计算中,参与运算的数据往往都是些近似值,带有误差。由式和式还可得到乘、除法运算的相对误差限公式分别为由式的第一式可知,当乘数很大时,乘积的绝对误差可能很大,应设法避免。例1.5设已测得某长方形场地的长和宽的范围分别为L =m,D =m,求该场地的面积S,并估算其绝对误差限和相对误差限。

数值计算方法-数值运算误差

在实际的数值计算中,参与运算的数据往往都是些近似值,带有误差。 这些数据误差在多次运算过程中会进行传播,使计算结果产生误差。 而确定计算结果所能达到的精度显然是十分重要的,但这往往也是件很困难的事。 不过,对计算误差做出一定的定量估计还是可以做到的。 这里介绍一种常用的误差估计的一般公式,它是利用函数的泰勒(Taylor)展开得到的。

设f(x)是一元可微函数,当x 的近似值为x时,以f=f(x)近似f(x),则由泰勒公式得函数值f(x)的误差e(f)为

其中ξ 介于x,x之间。

取绝对值得

下面以二元函数为例,讨论多元函数情形。

因此y绝对误差

由式(1.12)可得出y相对误差

同样由式(1.12)可分别得乘、除法运算的绝对误差和相对误差公式(www.xing528.com)

注:式(1.17)和式(1.18)中的相对误差公式也可由式(1.14)得到。

由式(1.17)和式(1.18)还可得到乘、除法运算的相对误差限公式分别为

由式(1.17)的第一式可知,当乘数很大时,乘积的绝对误差可能很大,应设法避免。 由式(1.18)的第一式可知,当除数x2 的绝对值很小,接近于零时,商的绝对误差可能会很大,甚至造成计算机的“溢出”错误,故应设法避免让绝对值太小的数作为除数。

综上分析可知,大小相近的同号数相减,乘数的绝对值很大,以及除数接近于零等,在数值计算中都应设法避免。

例1.5 设已测得某长方形场地的长和宽的范围分别为L =(110±0.2)m,D =(80±0.1)m,求该场地的面积S,并估算其绝对误差限和相对误差限。

解 由S =LD 可求出面积S 的近似值

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