Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

МОС Задачник

.pdf
Скачиваний:
66
Добавлен:
05.12.2020
Размер:
1.4 Mб
Скачать

НАЦIОНАЛЬНИЙ УНIВЕРСИТЕТ "ОДЕСЬКА МОРСЬКА АКАДЕМIЯ"

МАТЕМАТИЧНI ОСНОВИ СУДНОВОДIННЯ

МЕТОДИЧНI ВКАЗIВКИ

ДО ВИКОНАННЯ ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ

Одеса − 2019

НАЦIОНАЛЬНИЙ УНIВЕРСИТЕТ "ОДЕСЬКА МОРСЬКА АКАДЕМIЯ"

КАФЕДРА СУДНОВОДIННЯ

МАТЕМАТИЧНI ОСНОВИ СУДНОВОДIННЯ

МЕТОДИЧНI ВКАЗIВКИ

ДО ВИКОНАННЯ ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ

для курсантiв 2 курсу ФМП і Т (зі скороченим терміном навчання)

Виконавець(і):

Астайкін Д.В., доцент; Сікірін В.Є., доцент; Фусар I.Ю., старший викладач.

Затверджено на засіданні кафедри судноводіння, як методичнi вказiвки до виконання практичних занять з дисципліни "МОС" для курсантів 2 курсу ФМП і Т (зі скороченим терміном навчання)

Протокол № 2 від 10.09.2019.

зав.каф. проф. Алексішин В.Г._____________

Одесса − 2019

СОДЕРЖАНИЕ

Название тем

Стр.

 

 

 

 

1.

Практическая работа № 1. Приближенные вычисления. Правила подсчета

2

– 5

цифр. Приближенные вычисления. Метод границ.

 

 

 

 

 

 

 

2.

Практическая работа № 2. Абсолютная и относительная погрешности в

6

– 9

задачах судовождения. Интерполяция (таблицы).

 

 

 

 

 

 

 

 

Практическая работа № 3. Сферические треугольники в задачах

 

 

3.

судовождения. Решение прямоугольных и четвертных сферических

10

– 13

 

треугольников.

 

 

 

 

 

 

4.

Практическая работа № 4. Выбор оптимального маршрута судна.

14

– 16

 

 

 

 

 

 

5.

Практическая работа № 5. Обработка равноточных и неравноточных

 

 

наблюдений.

17

– 22

 

 

 

 

 

 

 

 

6.

Практическая работа № 6. Расчет элементов линии положения. ОМС

 

 

графически и аналитически.

23

– 27

 

 

 

 

 

 

 

 

7.

Практическая работа № 7. Оценка точности обсервации эллипсом

 

 

погрешностей. Эллипс погрешностей при равноточных ЛП.

28

– 32

 

 

 

 

 

 

 

 

8.

Практическая работа № 8. Оценка точности обсервации круговой

 

 

погрешностью

33

– 34

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 1.

 

35

 

 

 

 

 

Приложение 2.

 

35

 

 

 

 

 

Приложение 3.

 

36

 

 

 

 

 

Список литературы.

 

37

 

 

 

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1.

1. Приближенные вычисления. Правила подсчета цифр.

Различают приближенные вычисления со строгим учетом погрешностей и без строгого учета. В менее ответственных вычислениях с приближенными числами пользуются вторым способом, основанным на так называемых правилах подсчета цифр. В этих правилах используются понятия десятичных знаков, значащих, точных и сомнительных цифр. Напомним, что десятичными знаками числа называют все его цифры, стоящие правее запятой . Например, числа 3,5 и 3,05 имеют соответственно один и два десятичных знака.

Правила подсчета цифр.

1. При сложении и вычитании приближенных чисел в результате следует сохранять столько десятичных знаков, сколько их в приближенном данном с наименьшим числом десятичных знаков.

Пример. Найти сумму приближенных чисел 127,42; 67,3; 0,12 и 3,03.

127,42

67,3

0,12

3,03

197,87 ≈ 197,9.

2. При умножении и делении приближенных чисел в результате надо сохранить столько значащих цифр, сколько их есть в данном числе с наименьшим количеством значащих цифр.

Пример. Умножить приближенные числа 3,4 и 12,32.

12,32 ∙ 3,4 = 41,888 ≈ 42.

3. При возведении приближенных чисел в квадрат и куб в результате сохраняется столько значащих цифр, сколько их в основании.

Пример. Возвести в квадрат число 2,3, возвести в третью степень число 0,8.

2,32 = 5,29 ≈ 5,3;

0,83 = 0,512 ≈ 0,5.

4.В промежуточных результатах следует брать одной цифрой больше, чем рекомендуют предыдущие правила.

5.Если некоторые данные имеют больше десятичных знаков (при действиях первой ступени) или больше значащих цифр (при действиях II и III ступеней), чем другие, то их предварительно следует округлить, сохраняя лишь одну запасную цифру.

6.Если данные можно брать с произвольной точностью, то для получения результата с k цифрами данные следует брать с таким числом цифр, которое дает согласно перечисленным правилам k + 1 цифру в результате.

Применение вычислений способом подсчета цифр рассмотрим на примере.

Пример. Найти значение

, если a ≈ 9.31, b ≈ 3.1, c ≈ 2.33.

 

a – b = 9.31 – 3.1 = 6.21,

 

(a – b)c = 6.21 ∙ 2.33 ≈ 14.5,

 

a + b = 9.31 + 3.1 ≈ 12.4,

Ответ:

x = 14.5 / 12.4 ≈ 1.2.

2

Задания для индивидуальной работы.

По данным таблицы 1 найти значение выражения используя правила подсчета цифр.

Таблица 1 - Варианты для выполнения индивидуальных заданий

Выражение

Значения

Выражение

Значения

переменных

переменных

 

 

 

 

 

 

a ≈ 3,59;

 

 

a ≈ 5,75;

1.1

 

b

≈ 3,661;

1.16

 

b

≈ 4,318;

 

 

 

c ≈ 3,6.

 

 

 

c ≈ 9,4.

 

 

a ≈ 9,72;

 

 

a ≈ 9,66;

1.2

 

b

≈ 9,297;

1.17

 

b

≈ 5,492;

 

 

 

c ≈ 7,1.

 

 

 

c ≈ 1,2.

 

 

a ≈ 3,01;

 

 

a ≈ 6,02;

1.3

 

b

≈ 4,735;

1.18

 

b

≈ 5,147;

 

 

 

c ≈ 3,7.

 

 

 

c ≈ 2,4.

 

 

a ≈ 5,12;

 

 

a ≈ 9,35;

1.4

 

b

≈ 2,297;

1.19

 

b

≈ 8,307;

 

 

 

c ≈ 7,3.

 

 

 

c ≈ 2,2.

 

 

a ≈ 1,73;

 

 

a ≈ 9,21;

1.5

 

b

≈ 2,029;

1.20

 

b

≈ 9,223;

 

 

 

c ≈ 9,8.

 

 

 

c ≈ 2,7.

 

 

a ≈ 1,29;

 

 

a ≈ 2,18;

1.6

 

b

≈ 9,451;

1.21

 

b

≈ 3,564;

 

 

 

c ≈ 5,4.

 

 

 

c ≈ 2,5.

 

 

a ≈ 5,02;

 

 

a ≈ 2,44;

1.7

 

b

≈ 9,273;

1.22

 

b

≈ 9,498;

 

 

 

c ≈ 4,8.

 

 

 

c ≈ 1,4.

 

 

a ≈ 3,05;

 

 

a ≈ 5,54;

1.8

 

b

≈ 2,918;

1.23

 

b

≈ 2,808;

 

 

 

c ≈ 9,6.

 

 

 

c ≈ 8,4.

 

 

a ≈ 7,93;

 

 

a ≈ 6,95;

1.9

 

b

≈ 1,616;

1.24

 

b

≈ 5,086;

 

 

 

c ≈ 9,6.

 

 

 

c ≈ 3,2.

 

 

a ≈ 3,38;

 

 

a ≈ 7,42;

1.10

 

b ≈ 5,404;

1.25

 

b ≈ 6,177;

 

 

 

c ≈ 8,1.

 

 

 

c ≈ 9,3.

 

 

a ≈ 7,15;

 

 

a ≈ 8,15;

1.11

 

b

≈ 8,591;

1.26

 

b

≈ 1,552;

 

 

 

c ≈ 3,7.

 

 

 

c ≈ 5,3.

 

 

a ≈ 5,73;

 

 

a ≈ 1,93;

1.12

 

b

≈ 9,818;

1.27

 

b

≈ 2,725;

 

 

 

c ≈ 5,5.

 

 

 

c ≈ 5,2.

 

 

a ≈ 3,41;

 

 

a ≈ 1,77;

1.13

 

b

≈ 1,646;

1.28

 

b

≈ 2,931;

 

 

 

c ≈ 6,6.

 

 

 

c ≈ 3,9.

 

 

a ≈ 3,79;

 

 

a ≈ 3,25;

1.14

 

b

≈ 3,326;

1.29

 

b

≈ 5,356;

 

 

 

c ≈ 3,9.

 

 

 

c ≈ 9,5.

 

 

a ≈ 7,33;

 

 

a ≈ 6,66;

1.15

 

b

≈ 7,407;

1.30

 

b

≈ 8,635;

 

 

 

c ≈ 4,5.

 

 

 

c ≈ 5,6.

3

2. Приближенные вычисления. Метод границ.

Вычисления способом подсчета цифр − самый грубый способ оценки погрешности результата действий.

В более ответственных вычислениях пользуются способом границ или способом граничных погрешностей.

Приближенные вычисления по способу границ.

Наилучшим в смысле строгости из известных способов приближенных вычислений является способ границ. Пользуясь этим способом, по известным нижним и верхним границам данных чисел находят отдельно нижнюю и верхнюю границы результата.

Нижняя граница суммы приближенных чисел равна сумме нижних границ слагаемых, а верхняя − сумме верхних границ слагаемых. Символически это можно записать так:

НГ(х + у) = НГx + НГу; ВГ(х + у) = ВГx + ВГу.

Аналогичные правила справедливы для умножения:

НГ(xу) = НГx • НГу; ВГ(ху) = ВГx • ВГy.

Для обратных действий − вычитания и деления − соответствующие правила имеют

вид:

НГ(х — у) = НГх — ВГу; ВГ(х — у) = ВГх — НГу.

Из определения НГ и ВГ вытекают также следующие правила:

округлять НГ можно только по недостатку, а ВГ − по избытку;

чем меньше разность ВГх – НГх, тем точнее определяется х;

в качестве приближенного значения х рекомендуется брать среднее арифметическое чисел НГх и ВГх или число близкое к нему.

Пример. Дано выражение:

 

 

 

Определить: найти значение x, если a ≈ 9,21(±0,01);

b ≈ 3,05(±0,02); c ≈ 2,33(±0,01).

Решение: Определяем НГ и ВГ каждого из этих чисел, выполнив над ними

соответствующие действия, находим НГ и ВГ числа х.

 

 

Запись удобно оформить в виде таблицы.

 

 

Таблица записи НГ и ВГ каждого из чисел

 

 

 

 

 

 

 

Компоненты

 

НГ

 

ВГ

 

 

 

 

 

a

 

9,20

 

9,22

b

 

3,03

 

3,07

c

 

2,32

 

2,34

a – b

 

6,13

 

6,19

(a-b) ∙ c

 

14,22

 

14,49

a + b

 

12,23

 

12,29

x

 

1,15

 

1,19

1 , 1 5 < x < 1 , 1 9 . 2 , 3 4 / 2 = 1 , 1 7 . 0 , 0 4 / 2 = 0 , 0 2 .

Ответ: x ≈ 1,17 (± 0,02).

4

Задания для индивидуальной работы.

По данным таблицы 2 найти значение выражения используя правила подсчета цифр.

Таблица 2 − Варианты для выполнения индивидуальных заданий

Выражение

Значения

Выражение

 

Значения

переменных

 

переменных

 

 

 

 

 

 

 

a ≈ 3,59(±0,01);

 

 

a ≈ 5,75(±0,01);

2.1

 

b ≈ 3,66(±0,02);

2.16

 

b

≈ 4,31(±0,01);

 

 

c ≈ 3,63(±0,01).

 

 

c ≈ 9,45(±0,03).

 

 

a ≈ 9,72 (±0,02);

 

 

a ≈ 9,66(±0,02);

2.2

 

b ≈ 9,29(±0,01);

2.17

 

b

≈ 5,49(±0,02);

 

 

c ≈ 7,14(±0,01).

 

 

c ≈ 1,28(±0,01).

 

 

a ≈ 3,01(±0,01);

 

 

a ≈ 6,02(±0,01);

2.3

 

b ≈ 4,73(±0,01);

2.18

 

b

≈ 5,14(±0,01);

 

 

c ≈ 3,74(±0,02).

 

 

c ≈ 2,47(±0,02).

 

 

a ≈ 5,12(±0,02);

 

 

a ≈ 9,35(±0,01);

2.4

 

b ≈ 2,29(±0,02);

2.19

 

b

≈ 8,30(±0,03);

 

 

c ≈ 7,31((±0,01).

 

 

c ≈ 2,25(±0,01).

 

 

a ≈ 1,73(±0,01);

 

 

a ≈ 9,21(±0,01);

2.5

 

b ≈ 2,02(±0,02);

2.20

 

b

≈ 9,22(±0,02);

 

 

c ≈ 9,86(±0,02).

 

 

c ≈ 2,75(±0,03).

 

 

a ≈ 1,29(±0,01);

 

 

a ≈ 2,18(±0,01);

2.6

 

b ≈ 9,45(±0,01);

2.21

 

b

≈ 3,56 (±0,01);

 

 

c ≈ 5,48(±0,02).

 

 

c ≈ 2,45(±0,02).

 

 

a ≈ 5,02(±0,02);

 

 

a ≈ 2,44(±0,01);

2.7

 

b ≈ 9,27(±0,01);

2.22

 

b

≈ 9,49(±0,03);

 

 

c ≈ 4,86(±0,01).

 

 

c ≈ 1,44(±0,01).

 

 

a ≈ 3,05((±0,01);

 

 

a ≈ 5,54(±0,02);

2.8

 

b ≈ 2,91(±0,02);

2.23

 

b

≈ 2,80(±0,01);

 

 

c ≈ 9,63(±0,02).

 

 

c ≈ 8,45(±0,02).

 

 

a ≈ 7,93(±0,01);

 

 

a ≈ 6,95(±0,02);

2.9

 

b ≈ 1,61(±0,01);

2.24

 

b

≈ 5,08(±0,01);

 

 

c ≈ 9,68(±0,02).

 

 

c ≈ 3,24(±0,01).

 

 

a ≈ 3,38(±0,03);

 

 

a ≈ 7,42(±0,01);

2.10

 

b ≈ 5,40(±0,01);

2.25

 

b

≈ 6,17(±0,02);

 

 

c ≈ 8,14(±0,01).

 

 

c ≈ 9,34(±0,02).

 

 

a ≈ 7,15(±0,01);

 

 

a ≈ 8,15(±0,02);

2.11

 

b ≈ 8,59(±0,02);

2.26

 

b

≈ 1,55(±0,01);

 

 

c ≈ 3,71(±0,01).

 

 

c ≈ 5,3(±0,02).

 

 

a ≈ 5,73(±0,01);

 

 

a ≈ 1,93(±0,01);

2.12

 

b ≈ 9,81(±0,02);

2.27

 

b

≈ 2,72(±0,01);

 

 

c ≈ 5,85(±0,01).

 

 

c ≈ 5,24(±0,03)

 

 

a ≈ 3,41(±0,01);

 

 

a ≈ 1,77(±0,01);

2.13

 

b ≈ 1,64(±0,03);

2.28

 

b

≈ 2,93(±0,01);

 

 

c ≈ 6,62(±0,02).

 

 

c ≈ 3,9(±0,02).

 

 

a ≈ 3,79(±0,01);

 

 

a ≈ 3,25(±0,01);

2.14

 

b ≈ 3,32(±0,02);

2.29

 

b

≈ 5,35(±0,01);

 

 

c ≈ 3,93(±0,03).

 

 

c ≈ 9,55(±0,03).

 

 

a ≈ 7,33(±0,02);

 

 

a ≈ 6,66(±0,01);

2.15

 

b ≈ 7,40(±0,01);

2.30

 

b

≈ 8,63(±0,02);

 

 

c ≈ 4,54(±0,02).

 

 

c ≈ 5,63(±0,01).

5

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2.

1. Абсолютная и относительная погрешности в задачах судовождения.

Абсолютная погрешность (Absolute error ) " " – разность между истинной величиной и ее приближенным значением. = А – а, где А -истинное число.

Например, если точное число 1,214 округлить до десятых, получим приближенное число 1,2. В данном случае абсолютная погрешность приближенного числа 1,2 равна

1,214 – 1,2: т. е. 0,014.

Но в большинстве случаев известно только приближенное значение рассматриваемой величины. Тогда абсолютная погрешность неизвестна.

В этих случаях указывают границу, которую она не превышает. Это число называют

граничной абсолютной погрешностью.

Граничную абсолютную погрешность приближенного числа а обозначают символом .

А ≈ а (±Δ).

Запись следует понимать так: точное значение величины А находится в промежутке между числами а - и а + Δ, которые называют соответственно нижней и верхней границами А и обозначают НГА и ВГА.

Пример: если А ≈ 2,3(± 0,1), то 2,2 < А < 2,4. Наоборот, если 7,3 < А < 7,4, то А ≈ 7,35(± 0,05).

Относительная погрешность (Relative error), "δ" – отношение абсолютной погрешности к величине приближенного числа.

Отношение граничной абсолютной погрешности к приближенному числу называют граничной относительной погрешностью: δ = / а.

Относительную и граничную относительную погрешности принято выражать в

процентах.

 

Пример.

12,3 < А <12,7.

Ответ:

а = 12,5 (± 0,2). = 0,2.

 

δ = 0,2 / 12,5 = 0,016 = 1,6%.

Пример. Накопительный зерновой терминал порта принимает груз через два весовых комплекса. Точность взвешивания одной тонны груза на первом комплексе - ± 0,015т. , на втором – ± 0,013т.

Определить относительную погрешность веса принятого груза, если через первый

комплекс прошло 10000т. зерна,

через второй – 5000т.

Решение: Определим абсолютную погрешность измерений каждого комплекса:

Первый комплекс - 10 000 (± 150)т.

Второй комплекс -

5 000 (± 65) т.

Определяем суммарную абсолютную погрешность обеих комплексов:

10 000 (± 150) + 5 000 (± 65) = 15 000 (± 215)т.

Находим относительную погрешность принятого груза:

Ответ: δ = 215 / 15000 = 0,01433 = 1,4%.

6

Задания для индивидуальной работы.

Накопительный зерновой терминал порта принимает груз через два весовых комплекса – А и Б. По данным табл. 3 определить относительную погрешность (δ) принятого груза.

Таблица 3 – Варианты для выполнения индивидуальных заданий

 

Комплекс А

Комплекс Б

 

 

 

 

 

Вариант

 

Точность

 

Точность

Количество зерна

взвешивания

Количество зерна

взвешивания

(т)

1 тонны груза

(т)

1 тонны груза

 

 

 

(±…т)

 

(±…т)

 

 

 

 

 

3.1

11652

0,013

17787

0,014

 

 

 

 

 

3.2

7044

0,012

15133

0,013

 

 

 

 

 

3.3

7404

0,015

7344

0,015

 

 

 

 

 

3.4

14064

0,013

8052

0,014

 

 

 

 

 

3.5

5784

0,01

11012

0,009

 

 

 

 

 

3.6

16856

0,01

18218

0,015

 

 

 

 

 

3.7

7044

0,015

18458

0,01

 

 

 

 

 

3.8

7155

0,012

18299

0,015

 

 

 

 

 

3.9

11261

0,014

9375

0,016

 

 

 

 

 

3.10

18504

0,01

18790

0,011

 

 

 

 

 

3.11

16433

0,011

9261

0,015

 

 

 

 

 

3.12

17396

0,015

7531

0,015

 

 

 

 

 

3.13

18187

0,014

9379

0,009

 

 

 

 

 

3.14

18423

0,014

9444

0,014

 

 

 

 

 

3.15

12445

0,014

9418

0,016

 

 

 

 

 

3.16

17879

0,012

10824

0,015

 

 

 

 

 

3.17

8972

0,013

14141

0,013

 

 

 

 

 

3.18

15907

0,015

5968

0,014

 

 

 

 

 

3.19

14325

0,01

9110

0,009

 

 

 

 

 

3.20

14283

0,016

5673

0,009

 

 

 

 

 

3.21

19515

0,016

16574

0,01

 

 

 

 

 

3.22

8119

0,009

6105

0,014

 

 

 

 

 

3.23

10753

0,011

15954

0,014

 

 

 

 

 

3.24

12383

0,011

9670

0,011

 

 

 

 

 

3.25

14111

0,011

15168

0,013

 

 

 

 

 

3.26

8620

0,015

9667

0,013

 

 

 

 

 

3.27

15893

0,011

19469

0,016

 

 

 

 

 

3.28

16987

0,014

12858

0,014

 

 

 

 

 

3.29

7500

0,014

18067

0,014

 

 

 

 

 

3.30

16054

0,012

17184

0,015

 

 

 

 

 

7

2. Интерполяция (таблицы).

В процессе своей работы судоводитель сталкивается с множеством задач, решение которых производится с помощью специальных таблиц. В зависимости от числа аргументов они бывают одно–, двух–, иногда трех–аргументными таблицами.

По способу нахождения необходимого значения таблицы бывают безинтерполяционные и интерполяционные. Самыми простыми являются безинтерполяционные таблицы. В них для определенного интервала аргумента приводится одно значение функции. В интерполяционных таблицах значение функции дано для некоторых фиксированных значений аргумента.

Рассмотрим пример работы с одноаргументной таблицей девиации магнитного компаса.

Пример. С помощью таблицы девиации магнитного компаса определить девиацию магнитного компаса (δ), если известно, что КК = 23,6º.

Решение: Выбираем девиацию для ближайших значений КК (20º и 30º).

КК

δ

 

 

20º

+3,1º

 

 

30º

+2,0º

 

 

За начальную девиацию примем значение соответствующее КК=20º. Чтобы определить девиацию для КК=23,6º необходимо провести интерполяцию.

Для этого составим пропорцию.

При изменении КК на 10º δ изменяется на – 1,1º.

Необходимо найти на сколько измениться δ при изменении курса на 3,6º.

х 3,6 ( 1,1) 0,40 10

Рассчитав изменение δ можно определить и само ее значение:

δ = +3,1 + (– 0,4) = +2,7º.

Ответ: δ =+2,7º.

В качестве примера многоаргументной таблицы рассмотрим "Таблицу поправок к моментам восхода и захода Солнца и Луны, сумерек и кульминаций светил" из пособия

МАЕ.

Пример. Дано: табличный интервал широт 5º, Δφ=3º 41’, табличная разность моментов (ΔТ) – 1ч22м.

Определить: с помощью таблицы (Приложение 1) определить поправку за широту к времени восхода Солнца.

Решение: Выбираем поправку для ближайших значений разности широт и разностей моментов:

Табличный

Разность шрот Δφ

интервал широт

 

 

3º 30’

4º 00’

 

 

 

 

 

Табличные разности

1ч20м

41м

52м

моментов

 

 

 

1ч24м

42м

54м

 

 

 

 

8