一、利用导数作近似计算 1. 近似计算 是用计算方法得到一定精度的计算结果. y 于是 o x
这就是利用导数作近似计算的公式. 它表明,当
例1. 如图,加工圆锥台时计算刀架应取角 . 解: 因 一般相当小,故 s 于是 从而
例2. 开方的近似计算. 常用近似公式( 充分小):
例3. 计算 的近似值. 解: 查表得 0.4848
误差估计 ——是估计近似值与精确值的差 例如:设计一根轴长度120毫米,加工后量得120.03毫米, 误差为 毫米. 误差为 毫米. 设计一个键销长度12毫米,加工后量得12.03毫米, 误差为 毫米. 称这种误差为绝对误差,表明了一个量与它的近似值之间 的差值,反映了某种近似程度.
上例中,尽管他们的绝对误差相等,但明显地,轴长 (120毫米)的精度要比键销(12毫米)的精度高。可见, 一个量的近似精度依赖于其绝对误差和这个量本身的大小, 故需计算绝对误差占总长度的百分比. 例如: 轴: 键销: 称这样的百分比为相对误差. 显然,轴长精度比键销 长的精度高得多. 一般地,有定义:
Def : 和相对误差
例4. 多次测量一根圆钢, 测得其直径的平均值为D=50毫米, 绝对误差不超过0.05毫米. 试计算其截面积, 并估计其误差. 解: S的绝对误差: 相对误差:
二、Taylor 公式 近似 简单函数 多项式 复杂的函数 表示 从而
为提高近似精度,可用二次多项式 (二阶近似) 且 一般地,可用 n 次多项式 (n阶近似) 且
例5. 上述公式表明,近似式阶数越高,近似程度越好. 近似程度是多少?
Theorem Taylor公式(也称马克劳林 ( Maclaurin ) 公式), 式中 叫做 Lagrange 余项.
证明:作辅助函数 再作辅助函数
利用Cauchy定理,得 Lagrange 余项还可写为: 又 因此余项又可表示为 称为皮亚诺(Peano)余项.
注1: Cauchy 余项 注2:由余项可见,不论缩小x或增大阶数n都可提高精度.
Lagrange 余项 或 Peano 余项
例5 中, 误差为
例6.
例7.
特别, 二项式展开公式
例8.
例9. 解:
例10. 解:
例11. 计算
例12. 求 注3. 函数的Taylor公式是函数无穷小的一种精细分析,也是在无穷小邻域将超越运算转化为整幂运算的手段,从而可将无理或超越函数的极限转化为有理式的极限而求解,大大简化计算.