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miércoles, 2 de agosto de 2023

Ejemplo de determinación del error en una representación (máquina) finita

ENUNCIADO.
Si se usa una aritmética con redondeo, en un sistema de representación decimal y de 3 dígitos de precisión, para realizar la siguiente operación \dfrac{a\cdot b-c}{b+2\cdot c} donde a=1.34, b=0.712, c=-0.355, determínese el error cometido en relación a la aritmética real (exacta).

SOLUCIÓN.
Como se usan tres dígitos de precisión ( el número de cifras significativas es 3 ) tenemos n:=3. Por otra parte, como 1 \prec a \prec 2, el exponente de la potencia en base 10 (al escribirlo en notación de punto flotante) es e_a:=1 ( 1.34=0.13|4\times 10^1 ); y en cuento a los otros dos: como 0 \prec b \prec 1, e_b:=0 ( 0.712=0.712\times 10^0 ), y como como 0 \prec |c| \prec 1, e_c:=0 ( -0.355=-0.355\times 10^0 ); esto es:
        a=0.134\times 10^1, b=0.712\times 10^0 y c=-0.355\times 10^0

Entonces, los resultados aproximados ( en la aritmética finita o de la máquina ) de las operaciones que componen la operación combinada son:
  a\cdot b\approx \mathcal{R}(1.34\cdot 0.712)=\mathcal{R}(0.95408)=0.954\times 10^0
    a\cdot b-c\approx \mathcal{R}(0.954-(-0.355))=\mathcal{R}(0.1309\times 10^1)=0.131\times 10^1
      b+2c\approx \mathcal{R}(0.712+2\cdot (-0.355))=\mathcal{R}(0.002)=0.2\times 10^{-2}

Por consiguiente,
        \bar{x}\overset{.}{=}\dfrac{a\cdot b-c}{b+2\cdot c}\approx \mathcal{R}\left(\dfrac{0.131\times 10^1}{0.2\times 10^{-2}}\right)=655=0.655\times 10^3

Teniendo en cuenta que el resultado exacto e igual x=654.54=.65454\times 10^3, el error relativo es E_{R}\overset{\text{def}}{=}\dfrac{|x-\bar{x}|}{|x|}=\dfrac{|.65454\times 10^3-0.655\times 10^3|}{|.65454\times 10^3|}=0.0007027836 \prec 0.000703 = =0.703\times 10^{-3}=0.703\times 10^{-1}\,\%\sim 0.07\,\%

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