开立方的正确写法,开立方运算详细步骤

首页 > 上门服务 > 作者:YD1662023-11-05 14:41:47

前面我撰文介绍了用扩幂开方术手算开平方,今天讲解如何用扩幂开方术手算开立方。到文章后半段再介绍一下目前通行的手算开立方的方法。

本文中的例题,一般只取四位有效数字。

用扩幂开方术开立方

(1)如果被开方数可以写成三个很接近的数相乘的形式,那么其立方根约等于这三个数的平均数,即

如果³√C=√abc,且b/a≈c/a≈1,那么³√C≈(a+b+c)/3

由于一般很难将一个数写成三个比较接近的数相乘的形式,这里就不举例说明了。后面的方法会一直使用这个原则,后面的例题都可以作为此原则例证。

(2)如果被开方数正好是在一个立方数附近,开立方时可以先将被开方数乘以这个立方数两次,使其成为三个比较接近的数相乘的形式,然后再使用(1)的方法开立方。

³√(a³+b)

=³√[(a³+b)×a³×a³]/a/a

≈(a³+b+a³+a³)/3/a²

=(3a³+b)/3a²

=a+b/3a²

³√(a³+b)≈a+b/3a²

这个公式是可以直接使用的,而且可以迭代使用。不过不用也行。

例1.求³√28的近似值。

解:在28的附近,27是一个完全立方数,所以

³√28=(³√28×27×27)/3/3

≈(28+27+27)/3/9

≈82/27

≈3.037

当然,也可以直接套用上面的公式来算。

³√28=³√(3³+1)

≈3+1/3×3²

=3 1/27

≈3.037

在精度把控上,为使开方精度能达到四位有效数字,被开方数与其邻近的立方数之间,差距不应大于3%,但在立方根首位数字较小时,差距略大于3%也可以。例1中28与27的差距大于3%,略小于4%,是可以接受的。

(3)如果被开方数并不在某个已知的立方数附近,则可以尝试将被开立方数乘以某个立方数,使其到达另一个立方数附近,然后再使用(2)的方法来开立方。乘以的那个立方数的方根,即扩幂参数,可以参考下面方法算出。

把被开方数写成a³±b的形式,扩幂参数

n=3a²/b(四舍五入取整)

例2.求³√3的近似值。

解:与被开立方数3比较接近的立方数有1和8,但都距离3比较远(几倍),但我们发现,3乘以7³后是1029,距离10³很接近,所以

³√3=(³√3×7³)/7

=(³√1029)/7

=(³√1029×1000×1000)/7/10/10

≈(1029+1000 1000)/3/700

=3029/2100

=30.29/21

≈1.442

例3.求³√10的近似值。

解:³√10=(³√10×6³)/6

=(³√2160×2197×2197)/6/13/13

≈(2160+2197 2197)/3/1014

=6554/3042

≈2.1545

使用这种方法,寻找到合适的立方数是关键。可以用扩幂参数,但扩幂参数未必是最合适的数。

(4)被开方数要乘以的那个立方数,不仅可以是整数,也可以是分数。且看下面的例子

例4.求³√55的近似值。

解:我们注意到55是27的两倍多点,也就是55除以27以后约等于2,2再乘以64以后等于128,与5的立方125比较接近,因此

³√55=(³√55/27×64)×3/4

≈(³√130.37)×3/4

=(³√130.37×125×125)×3/4/5/5

≈(130.37+125+125)/3×3/100

=380.37/100

=3.8037

≈3.803

最后的7为什么不是入,而是舍?因为采用这种方法算出的立方根,总是比真实值略大,运算过程中130.37与125之间的差距已经超过了4%,已经不能保证四位有效数字的精度,实际的立方根的第五位有效数字,不仅小于7,而且很大概率小于5,所以,第五位有效数字那个7应该舍去,不能上入。

相对来说,大多数时候,扩幂开方术比传统的列竖式开立方要简单些,更具实用价值,尤其是被开方数比较小的时候。

类巴比伦法开立方

手算开平方的方法中,有一种巴比伦法,也被称为牛顿法,这种方法稍加改造,也可以用于开立方。具体使用方法如下:

对于被开立方的数,先找到比它小和比它大且又比较接近的两个立方数,以这两个数的立方根做因数,求出被开立方数的第三个因数,这三个因数的平均值,就是被开立方数的近似立方根。

一般一次计算的精确度较低,同样方法可以再迭代一次。三个因数之间最大差距不超过3%时,一般都可以达到四位有效数字的精度。

例5.求³√100的近似值。

解:比100小的立方数有64=4³,比100大的立方数有125=5³,我们用4和5做因数,令

100=4×5×a

则a=100/4/5=5

所以

³√100≈(4+5+a)/3≈4.67

三个因数中最小是4,最大是5,差距达到了20%,所以4.67这个近似值,精度是较差的,下一步可以用4.6和4.7做因数,再算一次

100=4.6×4.7×a

a=100/4.6/4.7≈4.6253

(4.6253+4.6 4.7)/3≈4.642

即³√100≈4.642

三个因数中4.6与4.7的差距不到3%,所以计算结果足够达到四位精度。

例6.手撕³√200,精确到四位有效数字。

解:200/5/6≈6.67

(5+6 6.67)/3≈5.89

200/5.8/5.9≈5.8445

(5.8445+5.8 5.9)/3≈5.848

∴³√200≈5.848

使用这种方法时,选择的两个因数不一定非要不同,有时也可以相同,比如当被开方数非常接近某个立方数时,或者当被开方数的立方根非常接近某个确定的数时。

例7.求³√63的近似值。

解:63/4/4=63/16=3.9375

³√63≈(4+4+3.9375)/3

≈3.979

因63非常接近64=4³,所以³√63也必然非常接近4,如果用3做因数,只会增大误差,用两个4做因数,误差比较小。

例8.求³√12的近似值。

解:12=2×2×3

∴³√12≈(2 2 3)/3≈2.33

三个因数中2与3相差已达到50%,所以计算结果误差也较大,且这种算法总是偏大,估计真实立方根应该在2.3附近,下次迭代计算时,两个因数都用2.3。

12/2.3/2.3=12/5.29≈2.2684

∴³√12≈(2.2684+2.3 2.3)/3

≈2.289

例9.计算³√86。(精确到九位有效数字)

解:要求的精度虽高,但也只需多迭代一次而已。

86/4/5=4.3

(4+5+4.3)/3≈4.43

86/4.4/4.4≈4.4421

(4.4421+4.4 4.4)≈4.414

86/4.414/4.414≈4.414014887

(4.414014887+4.414+4.414)/3

≈4.41400496

∴³√86≈4.41400496

即便九位有效数字的立方根,用这种方法也不难算出来,而如果用传统的长除式来开立方,光用0补位也要补到26位,没三两个小时,恐怕算不出来。

传统的手算开立方

目前最常用的手算开立方,是类似开平方那种长除式,要开出四位有效数字,已经算一项巨大工程了,要开八九位有效数字,常人根本没那个耐心完成。这里贴出一个开立方法的图解,有兴趣详细了解的,可以自己到网上搜索,这里就不详述了。

图解上仅仅是开出三位有效数字,就已经这么麻烦了,你能设想开八位有效数字是什么场景吗?

写在最后

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