计算机的错误计算(八十五)

news2025/1/11 5:41:40

摘要  计算机的错误计算(八十一)至(八十四)介绍了双曲正弦、余弦、正割以及余割函数的计算精度问题。本节说明导致这些计算错误的主要原因。

       首先,双曲正弦、余弦、正割以及余割函数主要包括 e^x与 e^{-x} 的计算,以及它们之间的加减运算,并加减运算后的除法运算,或与2之间的除法运算。

       其次,对于加法(注:两数的符号相同)与除法运算,一般不考虑其误差,即对这个误差忽略不计。

       然后,对于两数相减,也不会发生相减相消现象。因为对于 e^x与 e^{-x},一般不相等。若相等了,说明自变量接近于0.  这时,由

e^x=1+x+\frac{x^2}{2!}+\frac{x^3}{3!}+\frac{x^4}{4!}+\dots

e^{-x}=1-x+\frac{x^2}{2!}-\frac{x^3}{3!}+\frac{x^4}{4!}+\dots

可推出

e^x-e^{-x}=2(x+\frac{x^3}{3!}+\frac{x^5}{5!}+\dots)

所以,这时直接返回第1项 2x\,.  当然,对于 sinh(x) ,  可以直接返回 x\,.  这样,既提高计算效率,又提高计算精度。

       最后,只剩下 e^x(或 e^{-x})的计算误差。 计算机的错误计算(七)阐述了:exp(x) 函数中有约 x 的整数位数位错误数字(亦可参考(二十七)、(二十八))。所以,(八十一)到(八十四)的输出中均有3位错误数字。这就是主要原因。

       当然,若自变量有其它位整数,比如2位,那么很大概率,这些双曲函数亦有2位或1位错误数字。比如,sinh(34.567) 或 cosh(-45.678):

在Python输出的前16位数字中,分别有1位与2位错误数字。

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