Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ВКР-2010(Поляков).pdf
Скачиваний:
971
Добавлен:
15.05.2015
Размер:
4.39 Mб
Скачать

97

Пример 5.3 - Оценить относительную и абсолютную погрешности для двух значений вероятности безотказной рабо-

ты: Р1 = 0,70 и Р2 = 0,20.

Решение. Для Р1 = 0,70 количество значащих цифр n = 2,

первая

значащая

цифра

z

=

7

имеем

P 1

7 102 1 0,014 , или

P 1,4% . Соответственно

1

 

 

1

 

2 102 1 0,05 ,

для Р2 = 0,20 имеем n = 2 и z = 2 и P 1

 

 

 

 

2

 

 

или P1

5% .

 

 

 

 

 

5.6Округление чисел

Ввычислениях часто приходится округлять приближенные и точные числа, т.е. отбрасывать одну или несколько последних цифр и при необходимости заменять их нулями. При округлении числа оно заменяется приближенным с меньшим количеством значащих цифр, в результате чего возникает погрешность округления. Чтобы эта погрешность была минимальной, необходимо придерживаться правил округления.

Правило 1. Если первая слева из отбрасываемых цифр больше 5, то последняя из сохраняемых цифр усиливается, т.е. увеличивается на единицу. Усиление производится и тогда, когда первая слева из отбрасываемых цифр равна 5, а за ней следуют отличные от нуля цифры.

Пример 5.4 - Округляя до десятых долей число 73,473, получим 73,5, т.к. 7 > 5.

Правило 2. Если первая слева из отбрасываемых цифр меньше 5, то последняя из сохраняемых цифр не усиливается, т.е. остается без изменения.

Пример 5.5 - Округляя до сотых долей число 73,473, по-

лучим 73,47, т.к. 3 < 5.

Правило 3. Если первая слева из отбрасываемых цифр равна 5 и за ней не следуют отличные от нуля цифры, то последняя оставшаяся цифра усиливается, если она нечетная, и остается без изменения, если она четная.

Пример 5.6 - Округляя число 5,785 до сотых долей, получим 5,78. Усиления последней цифры 8 не происходит, т.к. она четная. Округляя число 5,775 до сотых долей, получим 5,78. Последняя сохраняемая цифра 7 увеличивается на единицу, т.к. она нечетная.

При применении правила 3 к округлению одного числа точность вычислений не увеличивается, однако при многочис-

98

ленных округлениях избыточные и недостаточные числа встречаются примерно одинаково. Происходит взаимная компенсация погрешностей и результат оказывается более точным.

5.7 Предельная погрешность функции

 

Если

задана

 

дифференцируемая

функция

u f x1 , x2 ,..., xn

, то предельные

абсолютная

и относи-

тельная погрешности определяются по формулам:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

xi

;

 

 

(5.16)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

x

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

u

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

/ u

xi

 

 

 

 

ln u

xi ,

(5.17)

 

 

x

 

 

 

x

 

 

 

 

 

i 1

 

i

 

 

 

i 1

 

i

 

 

где

xi предельные

 

 

абсолютные

погрешности

аргументов

xi i

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1, n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 5.7 - Найти предельные абсолютную и относительную погрешности вероятности безотказной работы технического устройства в течение наработки t = 100 часов при интенсивности отказов = 0,001 1/ч. Предельная абсолютная погрешность интенсивности отказов = 0,0005 1/ч.

Решение. Вероятность безотказной работы определяется

формулой

 

P e t e 0,001100

0,9048 .

По формуле (5.16)

вычисляем

предельную

абсолютную

погрешность

 

 

P

 

 

 

100 e 0,001100

 

 

 

 

 

P

 

 

t e t

 

0,0005 0,0452 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а по формуле (5.17) - предельную относительную погрешность

P

 

 

ln P

 

 

te t

t 100 0,0005 0,05 5%

 

 

 

 

 

e t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примечание - Размерность абсолютной погрешности совпадает с размерностью самой функции. Относительная погрешность - величина безразмерная.

При большом количестве вычислений, когда не учитываются погрешности каждого отдельного результата, рекомендуется пользоваться следующими правилами:

при сложении и вычитании приближенных чисел в результате следует сохранять столько десятичных знаков, сколь-

99

ко их в числе с наименьшим числом десятичных знаков

(например, 1,2368 + 0, 48 = 1,7168 1,72);при умножении и делении приближенных чисел в ре-

зультате следует сохранять столько значащих цифр, сколько их имеет приближенное число с наименьшим числом верных значащих цифр (например, число 1,203 имеет четыре значащие цифры, число 2,0542 – пять, результат должен иметь че-

тыре значащие цифры; 1,203 . 2,0542 = 2,4712026 2,471);при возведении в степень приближенного числа в ре-

зультате нужно сохранять столько значащих цифр, сколько верных значащих цифр имеет основание (например, 2,0353 = 8,427392875 8,427);

при извлечении квадратного и кубического корней из приближенного числа в результате следует брать столько значащих цифр, сколько верных значащих цифр имеет подкорен-

ное выражение (например, 3,23 1,79722 1,80 );

во всех промежуточных результатах следует сохранять на одну цифру больше, чем рекомендуют предыдущие правила, а в окончательном варианте эта «запасная» цифра отбрасывается;

если данные можно брать с произвольной точностью, то для получения результата с k верными цифрами исходные данные следует брать с таким числом цифр, которое согласно предыдущим правилам обеспечивает k + 1 верную цифру в результате;

если некоторые данные имеют излишние младшие десятичные разряды (при сложении и вычитании) или больше значащих цифр, чем другие (при умножении, делении, возведении в степень, извлечении корня), то их нужно предварительно округлить, сохраняя одну «запасную» цифру.

5.8 Оценка влияния приращений аргументов на приращение функции

Для дифференцируемой функции u f x1 , x2 ,..., xn n

аргументов полное абсолютное приращение функции в окрестности ( x10 , x20 ,..., xn0 )

 

u

 

 

 

u

 

 

 

u

 

u

 

 

x1

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

xn

x

x

 

x

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

1

0

 

 

 

0

 

 

 

n 0

 

 

n

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

x

i

, (5.18)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

xi

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100

 

 

 

u

 

 

где

 

 

- частная производная функции по аргументу xi в

 

 

 

 

 

 

 

xi 0

 

окрестности точки 0( x10 , x20 ,..., xn0 );

xi

- абсолютное приращение аргумента xi ;

 

u

 

 

 

 

 

 

 

x

 

- частное абсолютное приращение функции по

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

xi

0

 

 

 

аргументу xi .

Полное относительное приращение быть получено из выражения (5.18), если часть его разделить на u0 f x10 , x20 ,..., xn0 ращение xi умножить и разделить на xi 0 . носительное приращение функции

( x10 , x20 ,..., xn0 )

функции может левую и правую

, а частное приТогда полное от-

вокрестности

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

u

 

xi0

u0 xi ,

(5.19)

 

i 1

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

i

0

 

 

 

 

 

 

 

 

где u u - полное относительное приращение функции;

 

 

 

 

 

u0

 

 

 

x

i

xi

- относительное приращение i-го аргумента;

 

 

 

 

xi0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

u

 

- коэффициент, показывающий на сколько

 

i0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi 0

 

 

 

 

изменяется относительное приращение функции при изменении относительного приращения i-го аргумента.

Если значение коэффициента больше нуля, то увеличение относительного приращения i-го аргумента приводит к увеличению и, напротив, если меньше нуля, то к уменьшению относительного приращения функции.

Пример 5.8 - Избыточное давление во фронте воздушной ударной волны (ВУВ) ядерного взрыва (ЯВ) определяется эмпирической формулой:

 

 

 

 

А

 

 

 

 

 

 

 

 

р

ф

 

 

Aq 3 R , кГс/см2,

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

101

где А и - эмпирические коэффициенты;

 

 

 

 

R

 

- приведенное расстояние от эпицентра взрыва, м.т – 1/3;

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

q

R – расстояние от эпицентра взрыва, м;

q – мощность ядерного заряда (тротиловый эквивалент по ударной волне), т.

Эмпирические коэффициенты определяются для диапазонов давлений во фронте ВУВ:

 

А 216;

 

А 50404;

 

А 5280;

0,1 рф

2

2 pф

200

2,71,

200 pф

3200

2,74.

 

1,62,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оценить влияние тротилового эквивалента заряда q и расстояния от эпицентра R на избыточное давление во фронте ВУВ (как основной поражающий фактор взрыва).

В соответствии с формулой (5.18) для абсолютного и относительного приращений избыточного давления во фронте ВУВ имеем

так как рф

q

рф

 

 

р

ф

 

 

 

 

 

р

ф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

0

 

 

 

 

R 0

 

 

 

 

р

 

 

 

 

рф

 

 

 

q R ,

 

ф

рф

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

рф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Aq 3

R и

 

 

Aq 3 R 1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно, для диапазона избыточного давления 2 < рф 200 при увеличении относительного приращения тротилового эквивалента q = 1 (100%) относительное приращение избыточного давления рф = 0,90 (90%), уменьшение

относительного приращения расстояния от эпицентра R = -1 (-100%) приводит к увеличению относительного приращения

избыточного давления рф = 2,71 (271%).

Из анализа полученных данных можно сделать вывод, что увеличение поражающей способности ядерного боеприпаса (можно показать, что любого заряда) наиболее эффективно достигается повышением точности доставки его к цели, а не мощностью.