No Image

Формула приближенного вычисления с помощью дифференциала

2 просмотров
11 марта 2020

Таким образом, для приближенных расчетов можно использовать следующую формулу: [fleft( x
ight) approx fleft( <>
ight) + f’left( <
>
ight)Delta x,] где (Delta x = x –
) и (Delta y = fleft( x
ight) – fleft( <
>
ight).)

Рассмотрим широко распространенную задачу о приближенном вычислении значения функции с помощью дифференциала.

Здесь и далее речь пойдёт о дифференциалах первого порядка, для краткости часто будем говорить просто «дифференциал». Задача о приближенных вычислениях с помощью дифференциала обладает жёстким алгоритмом решения, и, следовательно, особых трудностей возникнуть не должно. Единственное, есть небольшие подводные камни, которые тоже будут подчищены. Так что смело ныряйте головой вниз.

Кроме того, в разделе присутствуют формулы нахождения абсолютной и относительной погрешностей вычислений. Материал очень полезный, поскольку погрешности приходится рассчитывать и в других задачах.

Для успешного освоения примеров необходимо уметь находить производные функций хотя бы на среднем уровне, поэтому если с дифференцированием совсем нелады, пожалуйста, начните с нахождения производной в точке и с нахождения дифференциала в точке. Из технических средств потребуется микрокалькулятор с различными математическими функциями. Можно использовать возможности MS Excel, но в данном случае он менее удобен.

Урок состоит из двух частей:

– Приближенные вычисления с помощью дифференциала значения функции одной переменной в точке.

– Приближенные вычисления с помощью полного дифференциала значения функции двух переменных в точке.

Рассматриваемое задание тесно связано с понятием дифференциала, но, поскольку урока о смысле производной и дифференциала у нас пока нет, ограничимся формальным рассмотрением примеров, чего вполне достаточно, чтобы научиться их решать.

Приближенные вычисления с помощью дифференциала функции одной переменной

В первом параграфе рулит функция одной переменной. Как все знают, она обозначается через y или через f(x). Для данной задачи намного удобнее использовать второе обозначение. Сразу перейдем к популярному примеру, который часто встречается на практике:

Читайте также:  Asus k54ly драйвера видеокарты

Пример 1

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.

В качестве x подбираем «хорошее» значение, чтобы корень извлекался нацело. Естественно, это значение x должно быть как можно ближек 67.

В данном случае x = 64. Действительно, .

Примечание: Когда с подбором x 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 x = 64.

Если x = 64, то приращение аргумента: .

Итак, число 67 представлено в виде суммы

Далее работаем с правой частью формулы .

Сначала вычислим значение функции в точке x = 64. Собственно, это уже сделано ранее:

.

Дифференциал в точке находится по формуле:

– эту формулу тоже можете переписать к себе в тетрадь.

Из формулы следует, что нужно взять первую производную:

И найти её значение в точке x:

.

Всё готово! Согласно формуле :

Найденное приближенное значение достаточно близко к значению 4,06154810045, вычисленному с помощью микрокалькулятора.

Ответ:

Пример 2

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 x, а какое – за Δx. Следует отметить, что Δx в данном примере будет отрицательным.

Читайте также:  Samsung galaxy one 7

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 одного из институтов 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 физфаке, 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 =).

Пример 3

Вычислить приближенно с помощью дифференциала значение функции в точке x = 1,97. Вычислить более точное значение функции в точке x = 1,97 с помощью микрокалькулятора, оценить абсолютную и относительную погрешность вычислений.

Фактически, это задание запросто можно переформулировать так: «Вычислить приближенное значение с помощью дифференциала»

Решение:Используем знакомую формулу:

В данном случае уже дана готовая функция: . Ещё раз обращаю внимание, что для обозначения функции вместо «игрека» удобнее использовать f(x).

Значение x = 1,97 необходимо представить в виде x = Δx. Ну, тут легче, мы видим, что число 1,97 очень близко к «двойке», поэтому напрашивается x = 2. И, следовательно: .

Вычислим значение функции в точке x = 2:

Используя формулу , вычислим дифференциал в этой же точке.

Находим первую производную:

И её значение в точке x = 2:

Таким образом, дифференциал в точке:

В результате, по формуле :

Читайте также:  Восемнадцать пассажиров рассаживаются по трем вагонам

Вторая часть задания состоит в том, чтобы найти абсолютную и относительную погрешность вычислений.

1. Вычисление приближенного значения приращения функции

Пример. Пользуясь понятием дифференциала функции, вычислить приближенно изменение функции при изменении аргумента от 5 до 5,01.

Найдем дифференциал функции . Подставим значения х = 5, Dх = 0,01. Получим

2. Вычисление приближенного значения функции

Пример. Вычислить приближенное значение с помощью дифференциала 1,998 5 .

Рассмотрим функцию , где х = 1,998. Разобьем х на х и Dх (х = х + Dх), пусть х = 2, тогда Dх = – 0,002.

Найдем значение , ,

Тогда 1,998 5 » 32 – 0,16 = 31, 84.

Производные и дифференциалы высших порядков

Пусть функция f(x)- дифференцируема на некотором интервале. Тогда, дифференцируя ее, получаем первую производную

Если найти производную функции f¢(x), получим вторую производнуюфункции f(x).

т.е. y¢¢ = (y¢)¢ или .

Этот процесс можно продолжить и далее, находя производные степени n.

.

Основные теоремы дифференциального исчисления

1. Теорема Ролля. Если функция f(x) непрерывна на отрезке [a, b], дифференцируема в интервале (а, b) и значения функции на концах отрезка равны f(a) = f(b), то в интервале (а, b) существует хотя бы одна точка c (a

2. Теорема Лагранжа. Если функция f(x) непрерывна на отрезке [a, b] и дифференцируема в интервале (а, b), то в этом интервале найдется, по крайней мере, одна точка c (a

.

Т.е. отношение приращений функций на данном отрезке равно отношению производных в точке с.

Геометрический смысл теоремы Коши.

Нетрудно убедиться в том, что геометрический смысл теоремы Коши совпадает с геометрическим смыслом теоремы Лагранжа.

| следующая лекция ==>
Свойства дифференциала | Правило Лопиталя

Дата добавления: 2014-01-03 ; Просмотров: 1856 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Комментировать
2 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
Adblock detector