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数学
题目

已知经四舍五入得到的近似数 x_1 = 4.860、x_2 = 4.08,则 x_1 + x_2 的绝对误差限是(),(x_1)/(x_2) 的绝对误差限是()。

已知经四舍五入得到的近似数 $x_1 = 4.860$、$x_2 = 4.08$,则 $x_1 + x_2$ 的绝对误差限是(),$\frac{x_1}{x_2}$ 的绝对误差限是()。

题目解答

答案

我们来逐步分析并解答这个题目。

题目给出两个近似数:

  • $ x_1 = 4.860 $
  • $ x_2 = 4.08 $

这两个数是经过四舍五入得到的近似数,我们需要根据它们的写法判断其有效数字位数和绝对误差限,然后进一步计算:

  1. $ x_1 + x_2 $ 的绝对误差限
  2. $ \frac{x_1}{x_2} $ 的绝对误差限

第一步:确定每个数的绝对误差限

1. 对于 $ x_1 = 4.860 $

这个数有四位有效数字,末位是 千分位(小数点后第三位),即精确到 $ 0.001 $。

由于是四舍五入得到的,其绝对误差限为末位单位的一半:

$\text{绝对误差限 } \varepsilon_1 = \frac{1}{2} \times 0.001 = 0.0005$

2. 对于 $ x_2 = 4.08 $

这个数有三位有效数字,末位是 百分位(小数点后第二位),即精确到 $ 0.01 $。

同理,其绝对误差限为:

$\text{绝对误差限 } \varepsilon_2 = \frac{1}{2} \times 0.01 = 0.005$

第二步:求 $ x_1 + x_2 $ 的绝对误差限

两个数相加的绝对误差限,等于各自绝对误差限之和。

即:

$\varepsilon_{x_1 + x_2} = \varepsilon_1 + \varepsilon_2 = 0.0005 + 0.005 = 0.0055$

所以,第一空答案是:$ \boxed{0.0055} $

第三步:求 $ \frac{x_1}{x_2} $ 的绝对误差限

对于除法运算 $ \frac{x_1}{x_2} $,其绝对误差限的计算需要用到误差传播公式。

设 $ y = \frac{x_1}{x_2} $,则其绝对误差限的近似公式为:

$\varepsilon_y \approx \left| \frac{\partial y}{\partial x_1} \right| \varepsilon_1 + \left| \frac{\partial y}{\partial x_2} \right| \varepsilon_2$

计算偏导数:

  • $ \frac{\partial y}{\partial x_1} = \frac{1}{x_2} $
  • $ \frac{\partial y}{\partial x_2} = -\frac{x_1}{x_2^2} $

取绝对值后代入:

$\varepsilon_y \approx \frac{1}{x_2} \cdot \varepsilon_1 + \frac{x_1}{x_2^2} \cdot \varepsilon_2$

代入数值:

  • $ x_1 = 4.860 $
  • $ x_2 = 4.08 $
  • $ \varepsilon_1 = 0.0005 $
  • $ \varepsilon_2 = 0.005 $

先计算各项:

  1. $ \frac{1}{x_2} = \frac{1}{4.08} \approx 0.245098 $
  2. $ \frac{1}{x_2} \cdot \varepsilon_1 = 0.245098 \times 0.0005 \approx 0.00012255 $
  3. $ \frac{x_1}{x_2^2} = \frac{4.860}{(4.08)^2} = \frac{4.860}{16.6464} \approx 0.29194 $
  4. $ \frac{x_1}{x_2^2} \cdot \varepsilon_2 = 0.29194 \times 0.005 \approx 0.0014597 $

相加得:

$\varepsilon_y \approx 0.00012255 + 0.0014597 \approx 0.00158225$

保留合适位数(一般误差限保留1~2位有效数字),我们取:

$\varepsilon_y \approx 0.00158 \quad \text{或更保守取 } 0.0016$

但题目可能希望我们保留精确计算值,我们可保留为 0.00158,但注意误差限通常保留1~2位有效数字。

观察两个误差贡献中,第二项(来自 $ x_2 $ 的误差)占主导,约为 0.00146,第一项很小。

若保留 三位小数或两位有效数字,可写为:

$\varepsilon_y \approx 0.0016$

但为了精确,我们先保留更多位数,再判断。

但注意:题目没有说明保留几位,我们按常规做法,误差限一般保留1~2位有效数字。

  • $ 0.00158225 $ 的有效数字是 1.58225×10⁻³,保留两位有效数字为 0.0016

所以,第二空答案是:$ \boxed{0.0016} $

最终答案:

  • $ x_1 + x_2 $ 的绝对误差限是:0.0055
  • $ \frac{x_1}{x_2} $ 的绝对误差限是:0.0016

答案填写:

$\boxed{0.0055},\quad \boxed{0.0016}$

解析

考查要点:本题主要考查四舍五入近似数的绝对误差限计算以及误差在加减运算和除法运算中的传播规律。

解题核心思路:

  1. 确定每个近似数的绝对误差限:根据有效数字的位数,判断末位单位,取其一半作为绝对误差限。
  2. 加法运算的误差限:直接相加两个数的绝对误差限。
  3. 除法运算的误差限:利用误差传播公式,结合偏导数计算误差贡献,最后求和。

破题关键点:

  • 有效数字的判断:明确$x_1$和$x_2$的有效数字位数,确定末位单位。
  • 误差传播公式的选择:加法直接相加误差限,除法需通过偏导数计算误差贡献。

1. 确定$x_1$和$x_2$的绝对误差限

  • $x_1 = 4.860$:四位有效数字,末位在千分位($0.001$),绝对误差限为$\varepsilon_1 = \frac{1}{2} \times 0.001 = 0.0005$。
  • $x_2 = 4.08$:三位有效数字,末位在百分位($0.01$),绝对误差限为$\varepsilon_2 = \frac{1}{2} \times 0.01 = 0.005$。

2. 计算$x_1 + x_2$的绝对误差限

根据加法误差传播规则,绝对误差限为两数误差限之和:
$\varepsilon_{x_1 + x_2} = \varepsilon_1 + \varepsilon_2 = 0.0005 + 0.005 = 0.0055$

3. 计算$\frac{x_1}{x_2}$的绝对误差限

设$y = \frac{x_1}{x_2}$,误差传播公式为:
$\varepsilon_y \approx \left| \frac{\partial y}{\partial x_1} \right| \varepsilon_1 + \left| \frac{\partial y}{\partial x_2} \right| \varepsilon_2$

  • 偏导数计算:
    $\frac{\partial y}{\partial x_1} = \frac{1}{x_2}, \quad \frac{\partial y}{\partial x_2} = -\frac{x_1}{x_2^2}$
  • 代入数值:
    $\frac{1}{x_2} = \frac{1}{4.08} \approx 0.2451, \quad \frac{x_1}{x_2^2} = \frac{4.860}{4.08^2} \approx 0.2919$
  • 误差贡献:
    $0.2451 \times 0.0005 \approx 0.00012255, \quad 0.2919 \times 0.005 \approx 0.0014595$
  • 总误差限:
    $\varepsilon_y \approx 0.00012255 + 0.0014595 = 0.001582 \quad (\text{保留两位有效数字为} \ 0.0016)$

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