Файл: Комиссаров, Э. С. Техника вычислений и механизации вычислительных работ учебник для кооперативных техникумов.pdf

числа не будут точными, в них не каждая разрядная еди­ ница соответствует истинному значению величины коли­

чества деревьев. Но есть твердая уверенность в таком со­

ответствии для цифры 3, так как каждый раз получалось 3 тысячи. Эту цифру будем считать верной. В отношении цифры сотен возникает некоторое сомнение, так как два раза

получалось 8 сотен, а один раз 7. Цифру сотен будем счи­

тать сомнительной. Если есть сомнение в правильности

цифры сотен, то еще большее сомнение должны вызвать цифры десятков и единиц. Действительно, цифра десятков колеблется от 1 до 9. Цифры десятков и единиц в этих чис­

лах. назовем неверными.

На вопрос, сколько же деревьев растет в городе, мы

должны дать ответ 3800, отбрасывая и заменяя нулями

неверные цифры.

Таким образом, при счете большого числа предметов

могут появиться как точные, так и приближенные числа.

Результат измерения всегда является приближенным числом, так как он зависит от многих причин: от точности измерительных приборов (сравните аналитические весы в химической лаборатории и автогужевые весы в колхо­ зах), от условий, в которых производят измерения (вспом­

ните законы теплового расширения тел), от опытности, аккуратности, силы зрения человека, производящего из­ мерение.

Результат измерения можно получить с большей или меньшей степенью точности, но он всегда будет выра­

жаться приближенным числом.

При вычислениях могут получаться как точные, так и

приближенные числа. Само собой разумеется, что резуль­

тат вычислений над приближенными числами также будет

приближенным числом. Что касается результата действий над точными числами, то он может быть как точным чис­

лом, так и приближенным. Например, 178 : 14 = 12? —

точное число. Но, если пожелаем частное получить в виде десятичной дроби, то получим 178 : 14 = 12,714285... Про­

цесс деления будет бесконечным, мы вынуждены прекра­ тить деление на каком-либо десятичном знаке, отбрасывая

остальные. Если прекратить деление, получив цифру ты­

сячных долей в частном, мы говорим, что результат получен с точностью до 0,001, в данном примере 12,714; иными сло­ вами, мы округлили частное с точностью до 0,001,

31

§ 2. Округление чисел. Абсолютная погрешность приближенного числа

Округленное число является приближенным числом.

В практических вычислениях необходимость округления

возникает во многих случаях, так как окончательные ре­

зультаты вычислений часто берутся с одним, двумя, тремя десятичными знаками. Округление чисел заключается в отбрасывании одной или нескольких цифр, стоящих пра­

вее разряда указанной точности, причем, если отбрасыва­ ются цифры целых разрядов, они заменяются нулями.

Округление можно производить с недостатком или с из­ бытком. Например, число 53,845 нужно округлить с точ­

ностью до 0,1. Отбросим цифры, стоящие правее разряда

указанной точности, получим приближенное число 53,8, взятое с недостатком. Если же последнюю оставляемую

цифру приближенного числа увеличить на одну единицу, получим приближенное число с избытком (53,9). Разность

между точным значением числа и его приближенным зна­

чением (или наоборот) называется абсолютной погреш­

ностью числа. Часто абсолютная погрешность обознача­

ется греческой буквой ∆ (дельта). В указанном примере

единицы разряда указанной точности. Действительно, и

(с избытком). В обоих случаях абсолютная погрешность

(84 и 16) меньше одной единицы разряда указанной точнос­ ти, т. е. меньше 100. Но в одном случае абсолютная погреш­

ность меньше половины единицы разряда указанной точ­ ности, а в другом больше половины единицы этого разряда:

шей, следует округлять числа по правилу: чтобы округлить

32

число с точностью до одной единицы какого-либо разряда, нужно отбросить цифры, стоящие правее указанного раз­ ряда, если они являются десятичными знаками, и заменить нулями отбрасываемые цифры целых разрядов. При этом,

если первая отбрасываемая цифра меньше 5, последнюю оставляемую цифру не изменяют, если же первая отбрасы­ ваемая цифра 5 или больше 5, последнюю оставляемую

цифру увеличивают на одну единицу.

Примеры.

Если приближенное число получилось в результате

округления точного числа, то нам известно и точное значе­ ние абсолютной погрешности. В большинстве же случаев при измерениях нам известно только приближенное число,

поэтому мы не знаем и точного значения абсолютной по­ грешности. Но во всех случаях тем или иным путем можно определить наибольшее значение абсолютной погрешности,

т. е. границу абсолютной погрешности. Например, при

взвешивании какого-то тела на торговых весах, цена деле­

ния шкалы которых 10 г, стрелка остановилась между мет­ ками 240 и 250 г. Значит, истинное значение веса заключено

между 240 и 250 г, т. е. истинный вес тела больше 240 г, но меньше 250 г. Естественно за значение веса тела взять среднее арифметическое - — ^*~ -5-- = 245 г. Но это прибли­

женное число. Наибольшая абсолютная погрешность, или

граница абсолютной погрешности, его будет 5 г. Вес тела

записывается так: 245 г ± 5 г.

Если к приближенному числу прибавить границу абсо­ лютной погрешности, получим число, заведомо большее истинного значения веса тела, или верхнюю границу при­

ближенного числа. Если же от приближенного числа от­ нять границу абсолютной погрешности, то получим число,

заведомо меньшее истинного значения веса тела, или ниж­

нюю границу приближенного числа. Чем меньше граница

абсолютной погрешности, тем точнее приближенное число. В государственных стандартах по каждому виду промыш­

ленных и продовольственных товаров указывается граница

абсолютной погрешности. Например, в ГОСТе 5.245—69

на шариковые ру-чки указана ее длина 136 ± 2 мм, это значит, что длина авторучки не должна быть меньше 134 мм

(нижняя граница) и не должна быть больше 138 мм (верх­ няя граница). Согласно ГОСТу за эти пределы выходить не разрешается.

§ 3. Относительная погрешность приближенного числа

Знание абсолютной погрешности (или ее границы) еще не характеризует степени точности приближенного числа. Например, расстояние между двумя городами 1236 ± 1 км,

а длина листа бумаги 250 ± 1 мм. Какое измерение выпол­

нено точнее? На первый взгляд кажется, что второе. Опре­

делим, какую часть составляет абсолютная погрешность

каждого числа от самого приближенного числа. В первом

= 0,004 =0,4%. Отсюда видно, что первое измерение сде­ лано в 5 раз точнее. Относительной погрешностью называ­

ется отношение абсолютной погрешности к приближенному числу. Относительная погрешность является отвлеченным

числом и обычно выражается в процентах. Чем меньше

относительная погрешность, тем число точнее. Если берут отношение границы абсолютной погрешности к прибли­ женному числу, то получают границу относительной по­ грешности. Обычно для кратности опускают слово граница

и употребляют неточные выражения: абсолютная и отно­ сительная погрешность, имея в виду их границы. На не­ которых промышленных изделиях указана относительная

погрешность. Например, на резисторах можно встретить надписи: 82 к ±10%. Это значит, что истинная величина

сопротивлений может отличаться от указанной на ±8,2 ки­

лоома.

34

§ 4. Значащие цифры приближенного числа

X

Выше было сказано, что в приближенных числах есть верные, сомнительные и неверные цифры. Приближенные числа следует записывать так, чтобы все его цифры были

верными и не более одной сомнительной. При этом абсо­

лютная погрешность не должна превышать половины еди­ ницы последнего оставляемого разряда приближенного

числа.

Определение. Значащими цифрами приближенного числа называются все его цифры, кроме нулей, стоящих левее пер­ вой, отличной от нуля цифры, и нулей, поставленных в конце числа вместо неизвестных или отброшенных цифр.

При соблюдении правила записи приближенных чисел

все его цифры будут значащими, сама запись будет указы­ вать на его точность.

Пример 1. Записать приближенное число 26,48 со­ гласно правилу (т. е. сохранив только значащие цифры),

если его погрешность 0,04.

Решение. Если бы все цифры данного числа были

значащими, то абсолютная погрешность была бы меньше половины 0,01, т. е. меньше 0,005. У нас погрешность 0,04, т. е. больше, чем 0,005. Значит, цифра сотых долей (8) не­

верная. Отбросим ее, соблюдая правило округления, по­

лучим 26,5. Если сохранена цифра десятых долей, следова­

тельно, погрешность должна быть меньше половины одной

десятой, т. е. меньше 0,05. Действительная погрешность 0,04 меньше 0,05; следовательно, в полученном числе 26,5

все цифры будут значащими. Ответ: 26,5.

При мер 2. Записать приближенное число 48038,.

сохранив только значащие цифры, если его погрешность

составляет 25. Рассуждая так же, как и в предыдущем случае, придем к выводу, что в данном числе значащими цифрами будут первые три цифры. Округлим его, отбросив последние две цифры, заменяя их нулями. Получим число 48000. В этом числе один нуль значащий, а последние два— незначащие, так как они поставлены вместо отброшенных цифр. Как записать его согласно правилу записи прибли­ женных чисел? Принято два способа записи чисел в этих случаях. При первом способе записывают незначащие

разряды в виде степени числа 10, т. е. 480 ∙ IO2 или 48,0 ∙ IO3. При втором способе старший незначащий разряд записы­

вают словами, т. е. 480 сотен. Обычно для записи не­

значащих разрядов используют названия классов — ты­

сяч, миллионов, миллиардов (48,0 тыс.). Первый способ

записи применяют в точных науках, физике, математике,

химии ит. д.; второй используется в практических вычис­

лениях, в том числе и в торговле.

Относительная погрешность существенно зависит от количества значащих цифр. Чем больше значащих цифр в приближенном числе, тем меньше его относительная по­

грешность и тем точнее число.

Пример. Найти относительную погрешность прибли­

женного числа 2,03. Все цифры его значащие. Решение. Абсолютная погрешность равна 0,005,

0,005∙100% not-n,

относительная —-------ɪ-----= 0,25%.

§ 5. Сложение и вычитание приближенных чисел

При сложении и вычитании приближенных чисел скла­

дываются их абсолютные погрешности, поэтому погреш­ ность суммы и разности возрастает. Например, нужно най­

грешность суммы может достигнуть шести сотых, это наи­ большая возможная абсолютная погрешность, так как мы

предполагали, что погрешности всех слагаемых имеют одинаковые знаки. Практически одни слагаемые имеют положительные погрешности, а другие отрицательные, и при сложении может произойти их взаимное погашение; погрешность суммы будет меньше суммы погрешностей

слагаемых. Учитывая это, мы должны в сумме сохранить

десятые доли: 27,0. В приведенном примере складывали числа с разным количеством десятичных знаков и сумму получили с одним десятичным знаком. Учитывая это, все

слагаемые можно округлить с точностью до 0,1, соблюдая

правило округления: 3,8 ± 15,3 ± 7,9 = 27,0. Результат

получился тот же. Однако для большей точности рекомен­

36