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Evaluación de los surds: ¿respuestas diferentes con métodos diferentes?

Se me da que $$ \frac{\sqrt{2}}{\sqrt{5}} \approx \frac{1}{\sqrt{2}} - \frac{1}{8\sqrt{2}} + \frac{3}{128\sqrt{2}} - \frac{5}{1024\sqrt{2}}$$

y se le pidió que mostrara $$ \sqrt{5} \approx \frac{2048}{915}$$ .

Evaluar lo anterior de dos maneras distintas parece dar respuestas ligeramente diferentes, aunque no parece haber ninguna razón para ello.

Método 1: $$ \frac{\sqrt{2}}{\sqrt{5}} \approx \frac{1}{\sqrt{2}} - \frac{1}{8\sqrt{2}} + \frac{3}{128\sqrt{2}} - \frac{5}{1024\sqrt{2}}$$ $$ \frac{\sqrt{2}}{\sqrt{5}} \approx \frac{1}{\sqrt{2}}(1 - \frac{1}{8} + \frac{3}{128} - \frac{5}{1024})$$ $$ {\sqrt{2}} \approx \frac{1}{\sqrt{2}}(1 - \frac{1}{8} + \frac{3}{128} - \frac{5}{1024}){\sqrt{5}}$$ $$2 \approx (1 - \frac{1}{8} + \frac{3}{128} - \frac{5}{1024}){\sqrt{5}}$$ $$2 \approx (\frac{915}{1024}){\sqrt{5}}$$ $${\sqrt{5}} \approx \frac{2048}{915}$$

Nota: $$\frac{2048}{915} = 2.238251366$$

Método 2: $$ \frac{\sqrt{2}}{\sqrt{5}} \approx \frac{1}{\sqrt{2}} - \frac{1}{8\sqrt{2}} + \frac{3}{128\sqrt{2}} - \frac{5}{1024\sqrt{2}}$$ $$ \frac{\sqrt{2}\sqrt{5}}{\sqrt{5}\sqrt{5}} \approx \frac{1}{\sqrt{2}} - \frac{1}{8\sqrt{2}} + \frac{3}{128\sqrt{2}} - \frac{5}{1024\sqrt{2}}$$ $$ \frac{\sqrt{2}}{{5}}\sqrt{5} \approx \frac{1}{\sqrt{2}} - \frac{1}{8\sqrt{2}} + \frac{3}{128\sqrt{2}} - \frac{5}{1024\sqrt{2}}$$ $$\sqrt{5} \approx (\frac{1}{\sqrt{2}} - \frac{1}{8\sqrt{2}} + \frac{3}{128\sqrt{2}} - \frac{5}{1024\sqrt{2}})\frac{5}{\sqrt{2}}$$ $$\sqrt{5} \approx (\frac{5}{{2}} - \frac{5}{8(2)} + \frac{15}{128(2)} - \frac{25}{1024(2)})$$ $$\sqrt{5} \approx \frac{4575}{{2048}}$$

Nota: $$\frac{4575}{2048} = 2.233886719$$

Los dos métodos dan respuestas diferentes pero muy cercanas. Sin embargo, la pregunta pide un término exacto, por lo que dar la segunda respuesta sería incorrecto. ¿Me estoy perdiendo algo que está causando una pérdida de precisión en el método 2?

5voto

Zak Henry Puntos 490

Yo lo explicaría así:

Cuando decimos $a \approx b$ $(a,b,n\in\mathbb{R})$ Esto no significa necesariamente que $na\approx nb$ .

Esto se debe a que $na-nb=n(a-b)$ Esta diferencia puede aumentar drásticamente si $|n|$ aumenta. Cuando ambos lados de la aproximación se multiplican por $n$ veces, su diferencia también se incrementa en $n$ tiempos.

El segundo y tercer paso del método $1$ se ve así:

$$\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{5}} \approx \frac{1}{\sqrt{2}}(1 - \frac{1}{8} + \frac{3}{128} - \frac{5}{1024})$$

$${\sqrt{2}} \approx \frac{1}{\sqrt{2}}(1 - \frac{1}{8} + \frac{3}{128} - \frac{5}{1024}){\sqrt{5}}$$

La segunda línea es siempre cierta porque

$$\frac{1}{\sqrt{2}} - \frac{1}{8\sqrt{2}} + \frac{3}{128\sqrt{2}} - \frac{5}{1024\sqrt{2}}=\frac{1}{\sqrt{2}}\left(1 - \frac{1}{8} + \frac{3}{128} - \frac{5}{1024}\right)$$

Sin embargo, la tercera línea no siempre es cierta, ya que la diferencia entre el lado izquierdo y el derecho se incrementa en $\sqrt{5}$ veces (obviamente, ambos lados son positivos).

El cuarto paso también aumenta la diferencia entre ambos lados:

$$2 \approx (1 - \frac{1}{8} + \frac{3}{128} - \frac{5}{1024}){\sqrt{5}}$$

Esta vez la diferencia entre ambos lados vuelve a aumentar en $\sqrt{2}$ veces, lo que hace que la diferencia desde el principio se incremente en $\sqrt{5}\times \sqrt{2}=\sqrt{10}$ tiempos en general.

El quinto paso del método $1$ se ve así:

$$2 \approx (\frac{915}{1024}){\sqrt{5}}$$

El quinto paso es verdadero porque el valor del lado derecho no se modifica.

El sexto paso es el método $1$ se ve así:

$${\sqrt{5}} \approx \frac{2048}{915}$$

Hay dos maneras de llegar a una conclusión a partir del quinto paso:

  • Método $1$ divide ambos lados por $\dfrac{915}{1024}$ o multiplica ambos lados por $\dfrac{1024}{915}$ Esto hace que la diferencia entre ambos lados aumente de nuevo en $\dfrac{1024}{915}$ tiempos. Debido a esto, la diferencia "inicial" se ha incrementado en $\dfrac{1024}{915}\sqrt{10}$ tiempos en general.

  • Otro método: A partir del quinto paso, multiplicar ambos lados por $\dfrac{\sqrt{5}}{2}$ tiempos. Esto hace que la diferencia aumente de nuevo en $\dfrac{\sqrt{5}}{2}$ veces y el resultado final es efectivamente $\sqrt{5} \approx \dfrac{4575}{{2048}}$ Esta es la respuesta del método $2$ . Haciendo esto, la diferencia "inicial" se ha incrementado en $\sqrt{10}\times\dfrac{\sqrt{5}}{2}=\dfrac{5\sqrt{2}}{2}$ tiempos.

Para el método $2$ Lo haré rápidamente:

$$ \frac{\sqrt{2}}{\sqrt{5}} \approx \frac{1}{\sqrt{2}} - \frac{1}{8\sqrt{2}} + \frac{3}{128\sqrt{2}} - \frac{5}{1024\sqrt{2}}$$ $$ \frac{\sqrt{2}\sqrt{5}}{\sqrt{5}\sqrt{5}} \approx \frac{1}{\sqrt{2}} - \frac{1}{8\sqrt{2}} + \frac{3}{128\sqrt{2}} - \frac{5}{1024\sqrt{2}}$$ $$ \frac{\sqrt{2}}{{5}}\sqrt{5} \approx \frac{1}{\sqrt{2}} - \frac{1}{8\sqrt{2}} + \frac{3}{128\sqrt{2}} - \frac{5}{1024\sqrt{2}}$$

Los tres pasos no aumentan la diferencia entre ambos lados.

$$\sqrt{5} \approx (\frac{1}{\sqrt{2}} - \frac{1}{8\sqrt{2}} + \frac{3}{128\sqrt{2}} - \frac{5}{1024\sqrt{2}})\frac{5}{\sqrt{2}}$$

La diferencia entre ambos lados se incrementa en $\dfrac{5}{\sqrt{2}}=\dfrac{5\sqrt{2}}{2}$ tiempos.

$$\sqrt{5} \approx (\frac{5}{{2}} - \frac{5}{8(2)} + \frac{15}{128(2)} - \frac{25}{1024(2)})$$ $$\sqrt{5} \approx \frac{4575}{{2048}}$$

La diferencia entre ambos lados no se modifica en ninguno de los pasos anteriores, por lo que la diferencia global se incrementa en $\dfrac{5\sqrt{2}}{2}$ veces, que es lo mismo que el segundo método del último paso del método $1$ .

Utilizar una calculadora:

$\dfrac{1024}{915}\sqrt{10}=3.538986146...$

$\dfrac{5\sqrt{2}}{2}=3.535533906...$

Los dos valores están muy próximos entre sí, lo que explica que la diferencia sea tan pequeña.

Nota: No he dicho nada sobre la corrección de ninguno de estos dos métodos, esto es sólo una prueba sobre por qué dos métodos son diferentes.

2voto

sewo Puntos 58

Tenga en cuenta que $$ 2048/915 = \frac 5{4575/2048} $$

La cartografía $x\mapsto 5/x $ no cambiaría el actual $\sqrt 5$ pero convierte sus dos aproximaciones en la otra.

Si se supone (contrafácticamente) que una de las aproximaciones es realmente igual a $\sqrt 5$ se puede "demostrar" que es igual a la otra.

Una no es realmente más precisa que la otra -- de hecho la logarítmico la distancia entre cada uno de ellos y la $\sqrt 5$ es el mismo, sólo que en lados opuestos.

1voto

tugberk Puntos 221

Pongo esto aquí sólo porque no vi que nadie lo mencionara.

\begin{align} \frac{\sqrt{2}}{\sqrt{5}} &\approx \frac{1}{\sqrt{2}} - \frac{1}{8\sqrt{2}} + \frac{3}{128\sqrt{2}} - \frac{5}{1024\sqrt{2}} \\ \frac{1}{\sqrt{5}} &\approx \frac{1}{2} - \frac{1}{16} + \frac{3}{256} - \frac{5}{2048} \\ \frac{1}{\sqrt{5}} &\approx \frac{915}{2048} \\ \sqrt 5 &\approx \dfrac{2048}{915} \end{align}

Si piensas en $x \approx y$ para significar que $x = y + \epsilon$ para algún valor "pequeño" de $\epsilon$ Entonces, no debería sorprendernos encontrar que $f(x) \ne f(y) + \epsilon$ o incluso que $f(x) \ne f(y) + f(\epsilon)$ .

método 1

\begin{align} \frac{\sqrt 2}{\sqrt 5} &= \frac{1} {\sqrt{2}}-\frac{1}{8\sqrt{2}}+\frac{3}{128\sqrt{2}} -\frac{5}{1024\sqrt{2}} + \epsilon \\ \frac{\sqrt 2}{\sqrt 5} &= \frac{1} {\sqrt 2}(1 - \frac{1}{8} + \frac{3}{128} - \frac{5}{1024}) + \epsilon\\ {\sqrt 2} - \sqrt 5 \epsilon &\approx \frac{1} {\sqrt{2}}(1 - \frac{1}{8} + \frac{3}{128} - \frac{5}{1024}){\sqrt 5} \\ 2 - \sqrt{10}\epsilon &= (1 - \frac{1}{8} + \frac{3}{128} - \frac{5}{1024}){\sqrt 5} \\ 2 - \sqrt{10}\epsilon &= (\frac{915}{1024}){\sqrt 5} \\ {\sqrt 5} &= \frac{2048}{915} - \frac{1024}{915}\sqrt{10}\epsilon \end{align}

método 2

\begin{align} \frac{\sqrt 2}{\sqrt 5} &= \frac{1}{\sqrt{2}} - \frac{1}{8\sqrt 2} + \frac{3}{128\sqrt 2} - \frac{5}{1024\sqrt 2} + \epsilon \\ \frac{\sqrt{2}\sqrt{5}}{\sqrt{5}\sqrt{5}} &= \frac{1}{\sqrt 2} - \frac{1}{8\sqrt 2} + \frac{3}{128\sqrt 2} - \frac{5}{1024\sqrt 2} + \epsilon \\ \frac{\sqrt 2}{5} \sqrt{5} &= \frac{1}{\sqrt 2} - \frac{1}{8\sqrt 2} + \frac{3}{128\sqrt 2} - \frac{5}{1024\sqrt 2} + \epsilon \\ \sqrt 5 &= \left(\frac{1}{\sqrt 2} - \frac{1}{8\sqrt 2} + \frac{3}{128\sqrt 2} - \frac{5}{1024\sqrt 2} \right)\frac{5}{\sqrt 2} + \frac{5}{\sqrt 2}\epsilon \\ \sqrt{5} &= \frac 52 - \frac{5}{8(2)} + \frac{15}{128(2)} - \frac{25}{1024(2)} + \frac{5}{\sqrt 2}\epsilon \\ \sqrt{5} &= \frac{4575}{2048} + \frac{5}{\sqrt 2}\epsilon \\ \end{align}

Los errores son claramente diferentes.

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