计算器显示的位数比任何考试答案所需的都多。合适的精度,是指给出题目要求的精确程度,例如 3 位有效数字(significant figures)或 2 位小数(decimal places),并且直到最后一步才取近似,之前保留完整数值。每次在图形计算器结果解读中求出根、交点或计算结果,都会用到这项技能。
怎样正确取近似值?
- 先看要求。 小数位从小数点之后开始数。有效数字从第一个非零数字开始数。
- 找到你要保留的最后一位。 看它后面的一位。
- 后面一位是 5 或更大就进位, 是 4 或更小就保持原样。
- 需要时写出末尾的零。 16.0 取 3 位有效数字,表示了精度。
- 只取一次近似, 放在最后一步。
如果题目没有要求,考试指引通常期望对不精确的数值取合理的精度,如 3 位有效数字。请逐题看清措辞。
例题
x² − 2x − 4 = 0 的正根是 1 + √5,计算器显示 3.236067977。
- 3 位有效数字: 前三位是 3、2、3,下一位是 6,进位:3.24。
- 2 位小数: 是 3.23,下一位是 6,所以 3.24。
- 1 位小数: 是 3.2,下一位是 3,所以 3.2。
注意,这里 3 位有效数字和 2 位小数一致,只是因为这个数在 1 和 10 之间。
为什么太早取近似很要紧
求 (1 + √5)³,取 3 位有效数字。
正确: (1 + √5)³ = 1 + 3√5 + 15 + 5√5 = 16 + 8√5。√5 = 2.2360680,8√5 = 17.888544,所以数值是 33.888544。取 3 位有效数字:33.9。
太早取近似: 用前面得到的 3.24。3.24² = 10.4976,10.4976 × 3.24 = 34.012224。取 3 位有效数字得 34.0。
两个答案在第三位就不同了,因为 3.24 里的小误差被乘大了。安全的习惯是使用计算器里存储的答案,而不是重新输入已经取过近似的数。
要避免的错误
错误的解答: x = 3.24,所以 x³ = 34.0。
第一行是对根的合理近似,但第二行不能建立在它之上。纠正的方法是保留精确形式或完整小数,立方之后只对结果取一次近似。你也可以在过程里写出 1 + √5,让考官在你取近似之前先看到精确值。
自我检测
1. 把 0.0045678 取 2 位有效数字。
显示答案
第一位有效数字是 4,第二位是 5,下一位是 6,要进位。答案是 0.0046。
2. 计算器显示 15.996。取 3 位有效数字和 1 位小数。
显示答案
取 3 位有效数字,前三位是 1、5、9,下一位是 9,进位得 16.0。取 1 位小数,15.9 后面是 9,同样进位得 16.0。两个答案都是 16.0,这个零必须写出来。
3. 把 12 345.6 取 3 位有效数字。
显示答案
前三位是 1、2、3,下一位是 4,所以不进位。位值很重要,要写 12 300,而不是 123。
接下来学什么?
下一课说明怎样把这些清楚地写下来:记录计算器辅助的解题方法。你可以在综合练习中检验自己的取近似,并用不用计算器的解题训练器手算检查精确运算。
因为精度而不是理解丢分的学生,通常需要的是一套固定程序,而不是新的内容。一对一线上数学补习的老师可以和你一起建立这套程序。