Funkcje wielu zmiennych 189Przykład 5.p.7. Wyliczyć przybliżoną wartość następujących wyrażeń:a) 4, 080,97 3 − ; b) [ 0,02 0,91]2ln + ; c) ( 4,11 1,97 )sin − .Uwaga 5.u.7. W podanych przykładach można łatwo wyliczyć wskazane wartości,korzystając np. z kalkulatora, ale my będziemy je wyliczali za pomocą różniczkizupełnej, aby w innych przypadkach widzieć sens jej zastosowania.Rozwiązaniaa) Najpierw wprowadzimy funkcję f ( x,y)x − y orazP 1 = ( 0,97, 4,08), P0=(1, 4),= 3∆x= 0 ,97 −1= −0,03,∆y= 4,08 − 4 = 0,08;wyliczamy teraz kolejno:f (1,4) = −1,x2f (1,4) = 3xx=1y = 4= 3,1f y (1,4) = −2 yx=1y=4= −0,25.Otrzymane rezultaty podstawiamy do wzoru (5.2) i otrzymujemy30,97−4,08 ≈ −1+3⋅(−0,03)− 0,25⋅0,08 = −1,11.Wartość wyliczona za pomocą kalkulatora jest po zaokrągleniu równa –1,107.Odpowiedź: Przybliżona wartość podanego wyrażenia jest równa –1,11.b) Nasza funkcja to z = ln( x + y ) ;P 1 = ( 0,02,0,91), P0= (0,1),∆x= 0,02− 0 = 0,02, ∆y= 0,91−1= −0,09;i jak w poprzednim zadaniu1z (0,1) = ln1 = 0, zx(0,1)=x + yx=1 10 = 1, z y (0,1) = ⋅ x=0 = 0,5,x + y 2 yy=1więc uwzględniając wzór (5.2), otrzymamyln( 0,02 0,91) ≈ 0 + 1⋅0,02+ 0,5 ⋅(−0,09)= −0,025+ .y=1
190Elementy matematyki wyższejWartość wyliczona za pomocą kalkulatora jest po zaokrągleniu równa –0,026.Odpowiedź: Przybliżona wartość jest równa –0,025.c) Funkcję można zapisać następująco:2z = sin( x − y ), P1= (4,11,1,97), P0= (4,2), ∆x= 0,11, ∆y= −0,03,z ( 4,2) = sin 0 = 0,2zx( 4,2) = cos( x − y ) (4,2) = 1, z y (4,2) = cos( x − y )( −2y)(4,2)= −4,2sin(4,11 − 1,97 ) ≈ 0 + 1⋅0,11− 4⋅(−0,03)= 0,23.Wartość wyliczona za pomocą kalkulatora jest po zaokrągleniu równa 0,227.Odpowiedź: Przybliżona wartość jest równa 0,23.2Zastosowanie różniczki zupełnej do szacowania błęduRozpatrzymy przypadek: dana jest funkcja wielu zmiennych, np. dwóchzmiennych z = f ( x,y). Chcemy wyliczyć jej wartość dla wielkości x = x 0 , y = y 0 ,które są obarczone błędem odpowiednio ∆ x, ∆y; wtedy wyliczona wartość z 0będzie również obarczona błędem. My chcemy wyliczyć taką wielkość ∆ z , którejnie przekroczy błąd wartości funkcji wyliczony z podstawienia błędnych danych.Wymieniona czynność nazywa się szacowaniem błędu. W celu oszacowania błęduwykorzystamy różniczkę zupełną, w której do sumowania błędów będziemyużywali bezwzględnych wartości ( ∆x≥ 0 ∧ ∆y≥ 0 ), czyli(5.3) ∆ z = z P ) ∆x+ z ( P ) ∆yx ( 0y 0 .Gdy wielkości x 0 , y 0 odczytujemy jako wynik pomiaru, wówczas ∆ x czy∆yodczytujemy jako maksymalny błąd, nazywany błędem pomiaru. Błąd ten jestzawsze najmniejszą podziałką, np. liniału, gdy mierzymy długość (1 mm). Przywyliczaniu szacowanego błędu otrzymany wynik zaokrąglamy zazwyczaj do jednegomiejsca znaczącego.Przykład 5.p.8. Oszacować błąd, jeśli wynik odczytujemy ze wzorudla wyników x = 3 ± 0,1 y = 4 ± 0, 05 .2z = x + y2