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开方公式的推导.doc

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开方公式的推导 一、 问题的提出 在数学中,再也没有比开方更加自然的事了,当人类产生了自然数概念并且规定了四则运算之后,人们发现,如果按照乘法性质,一个数自身相乘的逆行运算是一件不太容易的事情。一个整数自身相乘以后是比较容易找到原来那个整数的,例如2自身相乘5次是32,从32我们也容易找到2,但是,如果是31,30,呢,开5次方就不太容易了。自从牛顿发现二项式定理以后,人们知道开方是依据二项式定理展开的。但是,毕竟太麻烦。有没有一个简单的方式或者公式来开方呢? 二、 一个意外 设A=,,我们想求X,即开方n次,当: A=。(1) 我们把右下角标打上了(@)的表示我们预设的那个X,把右下角没有@的X视作A以后得出的商。 有三种情况: 一,我们取的初始值与等式右边的一致时,问题就解决了,例如32/=2; 二,我们取的初始值偏小,A/>,例如45/=2.8125>2。(1)式A/=,于是<,-=E,例如;2.8125-2=0.8125,是一个正值,我们把这个正值分解E/n再加回去就可以调节原来取了偏小的初始值,使之变大;(因为A开n次方,就是将X自乘n次的数值分解n次,所以也就自然而然地想到其误差E也要分解n份,即E/n)。 三,我们取的初始值偏大,A/<例如30/=1.875<2,(1)式A/=,于是,>,-= —E。例如1.875-2= —0.125,我们把这个负值-E分解-E/n再加回去,就可以调节原来取得偏大的初始值,使之变小。 四,于是我们得到: =+(A/-).,(2) (K=0,1,2,3,4,…...。) 五,我们用(2)式来开方。 例如我们开平方,即n=2。,公式: =+(A/-).,(3) 设A=5。介于至之间,我们可以取初始值2.1,2.2,2.3,2.4,2.5,2.6,2.7,2.8,2.9.。随便取一个值输入,得出来的都是正确的,一般要求取中间值2.5. 第一步:2.5+(5/2.5-2.5)/2=2.2;(用其它值也一样,例如2.8;2.8+(5/2.8-2.8)/2=2.2。 第二部:2.2+(5/2.2-2.2)/2=2.23。每一次多取一位数。 第三步:2.23+(5/2.23-2.23)/2=2.236.。即。 计算次数与计算精确度成为正比。 开3次方也一样,即n=3,,公式: =+(A/-).。(4) 设A=5,5介于至之间,我们可以取初始值1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8,1.9,都是一样。例如取1.9。 第一步:1.9+(5/-1.9)/3=1.7。取其它值也是一样,例如取1.5;1.5+(5/-1.5)/3=1.7.。输入值大于输出值,负反馈; 第二步:1.7+(5/-1.7)/3=1.71;输入值小于输出值,正反馈; 第三步:1.71+(5/-1.71)/3=1.709;输入值大于输出值,负反馈; 第四步;1.709+(5/-1.709)/3=1.7099.每一步多取一位数。要多精确都可以。 如果输入值与输出值一致: 289开平方,介如10的平方至20平方之间,我们取20为初始值,于是:第一步20+(289/20-20)/2=17;第二步17+(289/17-17)/2=17.说明17是个精确值。 以上方法是作者1980年发现的,找到江西师范大学数学系,一位教授看过之后,觉得面熟,将这个公式反推回去,原来是牛顿切线法。但是,他不知道是怎么得出来的。原来这可以用二项式定理推出。 牛顿先生 三,二项式定理与(2)式巧合 设A==±+±…±(5) X 是假定值,Y是误差值。=)=+(A/-).。(6) 由(6)式得: ±Y=(A/-).。(7) 我们把(5)式等号右边按照(7)式程序进行: (一)(7)式右端第一步是A/,相当于(5)式中的: =X±Y ±…±)/。(8) (二),(7)式右端第二步是减去X,即A/-。 (8)式右端减去X得:±Y ±…±)/。(9) (三),(7)式右端第三步是除以n,即:(A/-)。 (9)式除以n得: ±Y ±…±)/n。(10) (10)式是由(5)式得来的,现在(7)式左端只剩下一个Y,而(10)式却是多出来一个: ±…±)/n。(11) (11)式就是我们碰到的误差。我们在实际计算中把(11)式不要了。 当我们取X值偏大,A=(X-Y);当我们取值偏小是A=X+Y。 四,为什么(2)式是牛顿切线法 我们把(2)式展开: =+(A/-).=-(-A)/(n)., 注意:f(x)=-A; f”(x)= n。 即=-(牛顿切线法,求X=,A>0, -A -A=0. 牛顿 本文的公式作者已经发到(百度网站的)百度词条:开平方,开立方,立方根,。但是没有公式的推导过程。作者希望把推导过程通过贵刊发表出来。 本文完全符合控制论中的自动控制原理.
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