题目
2.下列数据作为x=e=2.71828...的近似值,试确定它们各有几位有效数字,并求其相对误差限:x_(1)=2.7, x_(2)=2.71, x_(3)=2.72
2.下列数据作为$x=e=2.71828\cdots$的近似值,试确定它们各有几位有效数字,并求其相对误差限:
$x_{1}=2.7$, $x_{2}=2.71$, $x_{3}=2.72$
题目解答
答案
- $x_1 = 2.7$:2位有效数字,相对误差限 $0.5 \times 10^{-1}$。
- $x_2 = 2.71$:2位有效数字,相对误差限 $0.5 \times 10^{-2}$。
- $x_3 = 2.72$:3位有效数字,相对误差限 $0.5 \times 10^{-2}$。
答案:
$\boxed{\begin{array}{ccc}x_1 & \text{2位有效数字} & 0.5 \times 10^{-1} \\x_2 & \text{2位有效数字} & 0.5 \times 10^{-2} \\x_3 & \text{3位有效数字} & 0.5 \times 10^{-2}\end{array}}$
解析
本题主要考查有效数字的确定以及相对误差限的计算。解题思路如下:
- 有效数字的确定:
- 设数 $x$ 的近似值 $x^*$ 表示为 $x^* = \pm 0.a_1a_2\cdots a_n\times 10^m$,其中 $a_1\neq 0$,$a_i$ 是 $0$ 到 $9$ 中的一个数字,$m$ 为整数。如果 $|x - x^*| \leq \frac{1}{2}\times 10^{m - n}$,则称 $x^*$ 具有 $n$ 位有效数字。
- 相对误差限的计算:
- 相对误差限 $\varepsilon_r^*$ 的计算公式为 $\varepsilon_r^* = \frac{1}{a_1}\times 10^{-(n - 1)}$,其中 $a_1$ 是近似值 $x^*$ 的第一位非零数字,$n$ 是有效数字的位数。
下面分别对 $x_1 = 2.7$,$x_2 = 2.71$,$x_3 = 2.72$ 进行分析:
- 对于 $x_1 = 2.7$:
- 已知 $x = e = 2.71828\cdots$,则 $|x - x_1| = |2.71828\cdots - 2.7| = 0.01828\cdots$。
- 因为 $x_1 = 2.7 = 0.27\times 10^1$,这里 $m = 1$,$n = 2$,$\frac{1}{2}\times 10^{m - n} = \frac{1}{2}\times 10^{1 - 2} = 0.05$,而 $0.01828\cdots \leq 0.05$,所以 $x_1$ 有 2 位有效数字。
- 根据相对误差限公式,$a_1 = 2$,$n = 2$,则相对误差限 $\varepsilon_{r1}^* = \frac{1}{2}\times 10^{-(2 - 1)} = 0.5\times 10^{-1}$。
- 对于 $x_2 = 2.71$:
- 计算 $|x - x_2| = |2.71828\cdots - 2.71| = 0.00828\cdots$。
- 由于 $x_2 = 2.71 = 0.271\times 10^1$,$m = 1$,$n = 2$,$\frac{1}{2}\times 10^{m - n} = \frac{1}{2}\times 10^{1 - 2} = 0.005$,而 $0.00828\cdots > 0.005$,所以 $x_2$ 有 2 位有效数字。
- 由相对误差限公式,$a_1 = 2$,$n = 2$,可得相对误差限 $\varepsilon_{r2}^* = \frac{1}{2}\times 10^{-(2 - 1)} = 0.5\times 10^{-2}$。
- 对于 $x_3 = 2.72$:
- 计算 $|x - x_3| = |2.71828\cdots - 2.72| = 0.00172\cdots$。
- 因为 $x_3 = 2.72 = 0.272\times 10^1$,$m = 1$,$n = 3$,$\frac{1}{2}\times 10^{m - n} = \frac{1}{2}\times 10^{1 - 3} = 0.005$,而 $0.00172\cdots \leq 0.005$,所以 $x_3$ 有 3 位有效数字。
- 根据相对误差限公式,$a_1 = 2$,$n = 3$,则相对误差限 $\varepsilon_{r3}^* = \frac{1}{2}\times 10^{-(3 - 1)} = 0.5\times 10^{-2}$。