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Algebra · real student question

解出 Vout:1.2777 + 1.1837 × 0.999Vout × 0.000288 × (284365 + (0.999Vout) 的平方 / 2) − 1.182677 × Vout × 0.000288 × (285105 + Vout 的平方 / 2) = 0。

Question

解出 VoutV_{out}:1.2777+1.1837(0.999Vout)(0.000288)(284365+(0.999Vout)22)−1.182677 Vout(0.000288)(285105+Vout22)=0.1.2777 + 1.1837(0.999V_{out})(0.000288)\left(284365+\frac{(0.999V_{out})^2}{2}\right) - 1.182677\,V_{out}(0.000288)\left(285105+\frac{V_{out}^2}{2}\right)=0.

Step-by-step solution

  1. 先看清结构:这是关于 Vout 的三次方程。 每个括号都贡献一个常数项和一个 V2V^2 项,而每个括号又整体乘了 VV,所以方程形如 A+BV+CV3=0A + BV + CV^3 = 0,没有 V2V^2 项。不需要动用一般的三次方程求根公式 - 一切由这些数字说话。

  2. 精确算出第一组的系数。 1.1837×0.999×0.000288=0.00034056469441.1837 \times 0.999 \times 0.000288 = 0.0003405646944(不是 0.000340740.00034074 - 每一位都要留)。再乘括号:一次项部分是 0.0003405646944×284365=96.8446793230.0003405646944 \times 284365 = 96.844679323,三次项部分是 0.0003405646944×0.99922=0.0001699419530.0003405646944 \times \tfrac{0.999^2}{2} = 0.000169941953。

  3. 算出第二组的系数。 1.182677×0.000288=0.0003406109761.182677\times0.000288 = 0.000340610976,于是一次项部分是 0.000340610976×285105=97.1098923120.000340610976\times285105 = 97.109892312,三次项部分是 0.0003406109762=0.000170305488\tfrac{0.000340610976}{2} = 0.000170305488。

  4. 相减 - 并且要正视这个抵消。 B=96.844679323−97.109892312=−0.265212989,C=0.000169941953−0.000170305488=−3.635352×10−7.B = 96.844679323-97.109892312 = -0.265212989,\qquad C = 0.000169941953-0.000170305488 = -3.635352\times10^{-7}. 两个差都是灾难性抵消:BB 丢掉三位有效数字,CC 丢掉四位,所以只要把任何一个因数四舍五入到六位,答案就毁了。这里唯一安全的做法就是用精确分数运算。

  5. 解这个三次方程。 1.2777−0.265212989 V−3.635352×10−7V3=0.1.2777-0.265212989\,V-3.635352\times10^{-7}V^3 = 0. 在根附近三次项可以忽略,所以一次估计是 V≈1.27770.265213=4.81764V\approx\tfrac{1.2777}{0.265213}=4.81764;再做一次牛顿修正(或者在 [0,20][0,20] 上二分)得 Vout≈4.81748.V_{out} \approx 4.81748.

  6. 验证,并注意它有多敏感。 取 V=4.81748V=4.81748:−0.265212989(4.81748)=−1.277658-0.265212989(4.81748) = -1.277658,−3.635352×10−7(4.81748)3=−0.0000406-3.635352\times10^{-7}(4.81748)^3 = -0.0000406,于是 1.2777−1.277658−0.0000406≈01.2777-1.277658-0.0000406 \approx 0。若把第一个乘积舍成 0.000340740.00034074——正是第 1 步点名的那个失手——就会得到 B=−0.215362B=-0.215362,结果变成 V≈5.9328V\approx5.9328,误差 23%23\%,这正是抵消必须精确处理的原因。

Answer

Vout≈4.81748V_{out} \approx 4.81748

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