Авторизация
Зарегистрироваться

✧Интегрирование весовым методом. Возрождение забытых технологий

Проверено временем.
Нахождение величины определенного интеграла доступно любому.
Функциональная зависимость y=f(x) — по барабану.
Компьютер не нужен.
Калькулятор — только для ленивых или не умеющих считать без него.


Преамбула


Сейчас в это трудно поверить, но в стародавние времена не было ни интернетов, ни персональных компутеров.
А получать информацию об окружающем мире и проводить научно-технические расчеты хотелось многим. Поэтому древние сапиенсы читали книжки (из бумаги!) и пользовались странными штуковинами для расчетов. Для арифметических расчетов — арифмометрами типа Феликс, для более сложных — логарифмическими линейками и подобными агрегатами.
Дополнительная информация. Содержит контент 16+!
Советские логарифмические линейки от забугорных прародителей отличались наличием на одном из торцов обычной сантиметрово-миллиметровой шкалы, что позволяло использовать логарифмическую линейку как обычную линейку. В 70-х правила пользования логарифмическими линейками изучались уже в старших классах общеобразовательных школ.
И тогда был рожден классический анекдот:
Едет троллейбус. Вдруг троллейбус резко тормозит и юная дама непроизвольно приземляется на колени сидящего рядом молодого человека:
— Ого! — вскрикивает она.
— Да не «ого», а логарифмическая линейка. — резонно замечает мол.чел.

И именно в те, былинные времена, было придумано интегрирование весовым методом. Скорее всего — химиками. Не потому что они такие умные, а потому что шибко ленивые и хитрые халявщики. А главное — почти поголовно имеющие доступ к одной штуковине по роду своей проф. деятельности. Та девайсина называется «аналитические весы». Это такие весы, которые имеют разрешение по массе навески 0.0001 г. Или чуть больше, вплоть до 0.00001 г. Все, что грубее — это или технические весы или весы для взвешивания колбасы, типа таких
В прошлой жизни аналитические весы выглядели примерно так:
На фото — самая распространенная модель механических аналитических весов АДВ-200. Еще в старинном деревянном корпусе (красное дерево). Потом корпус заменили на металлический — не суть.
Механические аналитические весы — штука капризная, ими нужно было уметь пользоваться и неукоснительно соблюдать кучу нудных правил (полное обучающее видео). Одно неосторожное движение альтернативно одаренного — и грузики («серьги») слетают с положенных мест. Или коромысло слетает с центральной призмы. Поэтому у студентов-химиков регулярно проводился специальный инструктаж. А на младших курсах взвешивание аналитическими весами производилось в присутствии квалифицированного лаборанта в лаборантской.
Понятно, что нонешние электронные модельки на порядки проще в использовании и за каких-то 10-15 минут [в принципе] можно научить любого.
Картинки

Но и стоят они не кисло. Не, ну на Али можно купить «аналитические» весы значительно дешевле. Но они не будут являться средством измерений.
Да оно нам такое и не нужно.

В статье будет рассмотрена возможность применения недорогих китайских «ювелирных» весов с разрешением 0.01 г.


Суть метода и калибровка


Суть метода проста. На миллиметровой бумаге рисуется полученная экспериментальная зависимость. Потом все лишнее удаляется ножницами. Площадь под кривой (до оси абсцисс) — есть интеграл по определению. Интеграл находится путем взвешивания вырезанной части бумаги и сравнения с массой прямоугольного куска той же бумаги. Понятно, что чем больше площадь прямоугольника, тем с большей точностью можно определить сколько весит 1 см² миллиметровки.

Но здесь одна закавыка: зависимость показаний весов от измеряемой массы д.б. строго линейной. Изначально это неизвестно. Поэтому весьма желательно сделать какую-никакую калибровку в интересующей нас области значений.

Итак.
Была куплена миллиметровка в листах А4.
Там же прикупил незамысловатые китайские весы с калибровочной гирькой.
Для интересу глянул, что там у нас с миллиметровкой. Оказалось, что все очень даже хорошо. И на 150 мм, и на 50 мм (что в 3 раза менее надежно).
На самом деле, такие красивые погрешности — это нам без разницы. Метод-то сравнительный. И если на бумаге сторона квадратика будет в N раз отличаться от того самого миллиметра, то нам сие несколько по барабану. Главное, что бы N = const по всей плоскости бумаги.

Калибровка

1) Края листов без миллиметровых делений были обрезаны

Потом пошли взвешивания. Каждое взвешивание повторялось 5-6 раз.

2) Было нарезано 5 полос длиной 20 см и шириной 5 см. Оказалось, все они имеют одинаковую массу 0.65 г. Пару раз получилось 0.64 и 0.66 г., но не суть.

3) Масса 5 полос вместе — 500 см².

4) В конце листа еще дополнительные 20х3.5=70 см².

5) Полная масса листа А4 с обрезанными краями
Обратите, внимание — получено 3.76 г., вместо ожидаемых 3.29 (500 см²)+0.48 (70 см²)=3.77 г. Что наглядно демонстрирует недостаток разрядов на малых весах.

6) Путем взвешивания полос 100 см² во всех возможных сочетаниях были получены значения для 200, 300 и 400 см².
В результате — вот такая табличка:
Важно:
— площадь известна с огромной точностью — до 1 мм².
— а чувствительность определения массы 1 см² лимитируется только чувствительностью весов. До 1 г. имеем всего 2 значащие цифры, а при 1-10 г. — уже 3. Но не стоит обольщаться — в районе 1-2 г. чувствительность больше таковой при 0.8-0.9 г. отнюдь не на порядок.;)

Проверка метода на известном значении интеграла


В качестве подопытной была выбрана функция квадратного корня, интеграл которой хорошо известен даже старшеклассникам
В Экселе была получена вот такая табличка
Что такое «Интеграл (прибл)» будет объяснено в следующем разделе.
Интегрировать будем в промежутке [0...16].
При симметричных координатах кривая шибко вытянута по оси «Х». Это не есть хорошо.
В идеале картинка должна быть близка к квадратной. Тогда она наиболее читабельна. Конечно, есть исключения — например, спектры. Но и там их обычно рубят на кусочки и помещают полосами друг под другом.
В данном случае идеальный квадрат получается растягиванием оси «Y» в 4 раза
Но при построениях на миллиметровке удобнее, если ось растянута не в 4, а в 5 раз.

Есть куда более важный аргумент в пользу растягивания оси «Y» — это вес вырезанной фигуры. Давайте прикинем: если ось «Y» не растягивать, а деления наносить через 1 см, то площадь фигуры будет 42.67 см², а вес — 42.67·0.0065=0.28 г. Это очень мало. Зато после пятикратного растягивания можно получить в районе 42.67·0.0065·5=1.39 г. А это уже более-менее удобоваримо. Тем паче, в калибровочной табличке есть очень близкая реперная точка — это масса 200 см² бумаги.
После взвешивания полученное значение делим на 5 и 0.0065. Это и есть значение интеграла.
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

Вырезание, складывание в несколько раз и взвешивание:
Собственно, получено то, что и ожидалось — 1.39 г.
Как любил говаривать один известный (в прошлом) фокусник Акопян «Ловкость рук, и никакого мошенства». На самом деле, сей фразеологический оборот был просто позаимствовал.
Но не спешите радоваться — интеграл найден не так что бы уж сильно точно и неминуемо набежало 0.1 абсолютной погрешности, а это ~2.3 % относительной.
1.39/(5·0.00650)=42.7692...=42.8 — увы, три значащие циферки в лучшем случае.
А должно быть 42.6667=42.7.
В принципе, такая погрешность при проведении экспериментальных исследований не так уж и плоха. Прямые и косвенные замеры измеряемой величины с относительной погрешностью 5-7% раньше считались количественными. Как оно сейчас — не интересовался.

Можно ли попробовать увеличить чувствительность? Теоретически — да. На вскидку, могу сразу предложить целых три «путЯ».

Вариант №1 (для ленивых)
Купить технические весы 0.001 г. и калибровочные гирьки к ним.
Тем паче, у китайцев такое можно найти за недорого, те же 1-2 тыс. руб. Одно плохо — счастливые обладатели оных постоянно жалуются, что 3 знак после запятой — скорее всего фикция. Типа как куча лишних разрядов в нонешних USB-докторах;)
А приличные высокоточные технические весы от аналитических по цене не сильно отличаются. И по капризности при использовании — тоже. Ибо суть и внутренний мир практически одинаковы.

Вариант №2 (для неленивых)

Вырезать 10 таких фигур (той же площади) и взвесить их скопом.

Вариант №3 (для неленивых)

Посчитать квадратики на миллиметровке
Полноразмеры для желающих

Помните известную притчу о количестве дырочек в барабане стиральной машины?;)
На самом деле, посчитать площадь фигуры не так уж и сложно, если разбивать на полигоны. Сначала большие, потом меньше и меньше. А полученную сумму не забыть поделить на 5. Наверное, это будет наиболее точное определение площади данного построения. И весы не нужны.***
***Прим. На самом деле — в прошлой жизни для переноса площади под кривой или относительно широких пиков со спектрофотограмм, рентгенограмм, хроматограмм и т.п. чаще использовалась не столько миллиметровка, сколько полупрозрачная бумага типа кальки. Интеграл дает количественную оценку содержания компонента в анализируемом объекте/смеси веществ.
Ибо тут собака порылась еще и в другом. Причем, основательно. Это не значит, что предложенные варианты изначально бессмысленны. Просто для конкретно данного примера они не приведут к какому-либо улучшайтингу.

Метод средних прямоугольников. И почему увеличение «чувствительности» в данном случае — дорога в никуда


Вернемся к нашим баранам — что такое «Интеграл (прибл)» в табличке выше?
А это интеграл, вычисленный методом средних прямоугольников, наиболее простым и популярным способом нахождения интегралов на основании экспериментальных данных. Есть еще методы левых и правых прямоугольников, для тех, кто «знал, но забыл» можно глянуть здесь. При одном и том же количестве разбиений (экспериментальных точек), метод средних прямоугольников дает значение определённого интеграла более близкое у «истинному». И чем меньше тех точек — тем сильнее это чувствуется.
Посмотрите на крайнюю правую колонку в рассматриваемой табличке — это абсолютная погрешность нахождения интеграла методом средних прямоугольников относительно точного значения. Нетрудно заметить, что львиная доля (84.4%) той погрешности приходится на 1-ое измерение.
Можно ли уменьшить ту погрешность? Легко. Просто увеличить частоту разбиения.
В 2 раза чаще - в 3 раза меньше погрешность

Но проблема в том, что без автоматической записи такое часто невозможно. Плюс неизбежные экспериментальные погрешности измерений.

Метод средних прямоугольников VS взвешивание бумаги на примере измерения емкости батарейки самым простым способом


Пример взят отсюда. Это опыт №2, кривая разряда Epilso LR44 до 1.2 В:
Расчет по формуле:
Емкость = I·t = (U/R)·t
R = Rн + r = Rн, так как Rн (нагрузка) >>r (т.н. «внутреннее сопротивление»)
Rн = 676 Ω для данной кривой. А r ориентировочно на два порядка меньше. Точнее сказать не могу, но я провел дополнительный эксперимент с 4 экз. LR44 Epilso по дробному разряду (по 9-10 час) с замерами импеданса на 1кГц в промежутках. Вплоть до 0.9 В (под нагрузкой) импеданс меняется слабо и составляет ~2.5-3.5 Ω. Когда-нибудь опубликую краткий отчет.
Экспериментальные точки и расчет емкости

В итоге 109.15 мАч. Если округлить до 3 значащих, то 109 мАч.
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

Теперь попробуем определить емкость с помощью бумаги.
Выкройка
Это полноразмеры. Для желающих посчитать клеточки.:)


Итак, масса вырезанной фигуры 1.06 г. Дальше все очень просто [для левополушарных].

1) Ось «Х» («часы») сжата в 2 раза. А ось «Y» («вольты») растянута в 50 раз. Значит, полученное значение нужно поделить на К=50/2=25. И еще поделить на 0.00650 г/см²
U·t=1.06/(25·0.00650).

2) Перевести в амперы (поделить на R), перевести в миллиамперы (умножить на 1000)
I·t=U·t/R=1000·(1.06/25·0.00650)/676=1060/(25·0.00650·676)=9.64952...=9.65 мАч
Но это не полная емкость, а «емкость» вырезанной части.
Емкость = 9.65 мАч + С

3) «Интегрирование» начиналось не от нуля, от 1.2В. Свободный член «С» — пропорционален площади прямоугольника со сторонами, соответствующими 56 ч. и 1.2В. Это 28·60=1680 см². Что соответствует массе 1680(см²)·0.00650(г/см²)=10.92 г.
С = 1000·(10.92/25·0.00650)/676 = 10920/(25·0.00650·676) = 99.4082… = 99.41 мАч

4) Емкость = 9.65 + 99.41 = 109.06 мАч. Великолепное совпадение с «компутерными» 109.15 мАч. Но округлять придется до 3 значащих циферок, т.к. масса «выкройки» известна только с 3 значащими и величина 0.00650 г/см² — это тоже всего 3 значащих. Так что окончательно — только 109 мАч без запятой.
Увы, но так надо, товарищ.

Я специально сделал кучу лишних действий. Исключительно ради понимания незамысловатой логики расчётов. Спасибо тем, кто смог осилить до этого места.

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

На этом все. Желаю всем удачных взвешиваний интегралов с минимальными погрешностями.
Всего доброго.
Добавить в избранное +137 +192
свернуть развернуть
Комментарии (80)
RSS
+
avatar
  • mmasco
  • 01 апреля 2024, 09:46
+3
Прочитал три строчки, посмотрел на календарь, дальше читать не стал… скучно. Но плюс за старания поставил.
+
avatar
+16
А мне понравилось. Пихнуть в какую-нибудь «Популярную механику» или «Википедию», не 1 первого апреля и много кого вполне начнет считать интегралы новым методом. Вот весы аналитические сложновато, надо было ТС, доработать метод, с возможностью использования простых кухонных…
+
avatar
  • mmasco
  • 01 апреля 2024, 10:20
0
Ну если бы хотя бы страницу продержал интригу и заставил втянуться, о тут на первых строках…
+
avatar
  • INN36
  • 01 апреля 2024, 11:12
+8
доработать метод, с возможностью использования простых кухонных…
Да легко: фигуру для интегрирования вырезать из многослойной фанеры.;)
+
avatar
  • Zelenyj
  • 02 апреля 2024, 09:46
+1
Не менее 21 мм. И чтобы никаких электролобзиков! Грызя гранит науки надо потеть.
+
avatar
  • Abay
  • 01 апреля 2024, 09:50
+13
Оооо!!! В современных условиях это не то что курсовая, а целая кандидатская!
:)))
+
avatar
  • maxx66
  • 01 апреля 2024, 09:59
+4
Классический анекдот, видимо уже из 90:
Едет троллейбус. Вдруг троллейбус резко тормозит и девушка непроизвольно приземляется на колени сидящего священика:
— Ого-го! — вскрикивает она.
— То не «ого-го», то ключ от церкви. — уточняет священник.
+
avatar
  • Abay
  • 01 апреля 2024, 11:07
+1
У автора в обзоре более правдоподобный вариант и на все времена вне зависимости от строя в стране. ;)
Ведь что такое анекдот!? Короткий забавный случай из жизни.
+
avatar
+7
на все времена вне зависимости от строя в стране
современные студенты не знают, что такое логарифмическая линейка :) Я ее тоже не застал, но в столе у родителей была
+
avatar
  • Abay
  • 01 апреля 2024, 15:57
+4
Я даже на арифмометре считал. :))
+
avatar
0
я застал как наследственный инструмент, досталось несколько штук.
Аналоговый вычислитель, ценность, это ж целая отрасль была.
+
avatar
0
Неправдоподобно, потому что логарифмическая линейка носится в ножнах чехле на поясе, обычно сбоку. Сидеть так, чтобы ого-го, и самому неудобно будет, и ценный инструмент портится.
+
avatar
  • DDimann
  • 02 апреля 2024, 09:40
+3
Размер: 11,9х2,1 см, футл. 14х4 см
Разные бывают линейки…
+
avatar
+2
Такое и у меня есть, аж второго сорта. Но с такими размерами, и особенно толщиной — всё равно не ого-го.
Замечу что дико неудобно жить без черты площади круга. А линза хоть и даёт мелкой линейке какое-то подобие точности, но полностью исключает нецентральные черты.
+
avatar
+30
В качестве подопытной была выбрана функция квадратного корня, интеграл которой хорошо известен даже старшеклассникам
и тут я понял что со времени окончания школы уже прошло оооочень много)))
+
avatar
  • r0c
  • 01 апреля 2024, 10:42
+5
Уже не решу. Хоть и был в прошлом веке отличник по алгебре
+
avatar
  • INN36
  • 01 апреля 2024, 10:49
+6
Это уже не алгебра.;)
И решать ничего не надо — это стандартный «табличный» интеграл.
ТАБЛИЦА ИНТЕГРАЛОВ
+
avatar
  • r0c
  • 01 апреля 2024, 11:08
+3
Эх, бы ла в школе такая жёлтая книжка, которая очень помогала решать. Таблицы Брадиса. И логолинейка, ну очень классная вещь. А потом это все заменила горидовка. Но это слово уже не многие поймут.
+
avatar
  • INN36
  • 01 апреля 2024, 11:18
+2
Таблицы Брадиса.
ТБ в черновике тоже были. Но потом выкинул — итак много лишнего.
А потом это все заменила горидовка
«горидовка» — ?
+
avatar
0
уже не решу
если вы это когда-то знали, то при повторном изучении вспомните очень быстро
+
avatar
  • INN36
  • 01 апреля 2024, 13:29
0
Все верно.
А уж интеграл степенной ф-ии — это 5 сек поиска в Гугле-Яндексе:
+
avatar
  • DDimann
  • 02 апреля 2024, 09:42
+1
Это поиска 5 сек.
А когда то искалось не в гугле, а в голове, причем моментально.
+
avatar
  • Daenur
  • 08 апреля 2024, 22:50
+1
Сильно пригодилось по жизни?
+
avatar
  • DDimann
  • 08 апреля 2024, 23:31
+1
Кое что — да, достаточно сильно.
+
avatar
  • Daenur
  • 08 апреля 2024, 23:37
0
Респект!
Вы — один из немногих, кого спрашивал, и кому вся эта вышка потом по жизни пригождалась. Не считая, понятно, тех, кто работает по профилю.
+
avatar
  • DDimann
  • 08 апреля 2024, 23:49
+1
Ну дык я по профилю и работал.
И больше всего из вышки мне пригодилось умение учиться…
+
avatar
  • INN36
  • 09 апреля 2024, 00:18
0
И больше всего из вышки мне пригодилось умение учиться…
так и не понял:
— «вышка» — это есть ВУЗ, в коем Вы учились или
— раздел математики, который даже на самом элементарном уровне (тупо — бесконечно малые приращения) уже принято относить к «высшей»?
+
avatar
  • DDimann
  • 09 апреля 2024, 01:20
0
Ну, раз из вышки пригодилось умение учиться — наверное, в данном случае ВУЗ…
Хотя, в общем то, обе пригодились.
+
avatar
  • Daenur
  • 09 апреля 2024, 00:49
+1
Да, умение учиться, пожалуй, главное.
А высшая математика в жизни нафиг не пригождается, если не по работе только.
+
avatar
0
Я когда-то и интеграл Лебега знал, но, наверное, не вспомню.
+
avatar
  • infino
  • 03 апреля 2024, 01:00
+1
Обидно то что когда мне было 16 лет и я обратился к своему дедушке помочь с интегралами, он с легкостью это сделал, дедушке было тогда 70 лет. Мне сейчас 56 и я с трудом вспоминаю.
+
avatar
0
Мне сейчас 56 и я с трудом вспоминаю.
Где формулы посмотреть? Принципы решения не сложные, так же как у дифференциалов и логарифмов. А вот формулы быстро вспомнить, если ими не пользуешься — вполне нормально.
+
avatar
  • Theo
  • 01 апреля 2024, 10:39
+3
За старания к первому апреля спасибо, но вот про ИИ и палату №6 немного не в тему:
Дмитрий Иванович тут ясное дело не при делах.
А вот сын его Иван Дмитриевич постарался
ссылка
+
avatar
  • INN36
  • 01 апреля 2024, 10:44
0
Спасибо! Исправил.
+
avatar
  • Skylab
  • 01 апреля 2024, 10:49
+1
«Вот так насмотришься фамильных портретов» ©
Получается, сына Менделеева в честь деда назвали )
+
avatar
  • dinogen
  • 01 апреля 2024, 10:40
+3
Шедеврально! :)
+
avatar
  • DVANru
  • 01 апреля 2024, 10:59
+27
+
avatar
  • Vadim2S
  • 01 апреля 2024, 12:19
+9
На самом деле — рабочая методика. Пока ЭВМ не было — всякое использовали. Воду, например:
Гидроинтегратор Лукьянова. СССР, начало прошлого века.
+
avatar
+1
хорошая статья, хоть и на 1 апреля :)

позанудствую

1. В этих весах погрешность еще зависит от того, где именно находится груз. Причем, допустим, нижний правый край <> левому краю (на моих так)
2. Я правильно понимаю, что в самих весах есть много точек калибровки и там соответствие сигнала с датчика к весу груза может быть сильно нелинейно?
+
avatar
  • INN36
  • 01 апреля 2024, 13:22
+1
В этих весах погрешность еще зависит от того, где именно находится груз.
Все верно. Груз (точнее центр массы объекта) д.б. максимально близок к геометрическому центру чашки весов. Ибо по углам чашки расположены тензодатчики, а изменение производится по мостовой схеме.
Подробности ТУТ, начиная с 3:35.
Причем, допустим, нижний правый край <> левому краю (на моих так)
Это на Ваших так...;)
Я правильно понимаю, что в самих весах есть много точек калибровки и там соответствие сигнала с датчика к весу груза может быть сильно нелинейно?
Насчет «сильно» — это вряд ли. А вот насчет некоторой слабой нелинейности на малых весах моего экземпляра — я продемонстрировал в табличке. БОльшие веса не проверял — пока нет такой необходимости.)
+
avatar
0
Это на Ваших так
я ж не спорю. Хотя тоже покупались как 'ювелирные'
+
avatar
+1
Все верно. Груз (точнее центр массы объекта) д.б. максимально близок к геометрическому центру чашки весов. Ибо по углам чашки расположены тензодатчики, а изменение производится по мостовой схеме.
Вы бы разобрали бы их, что ли. Нет там по углам датчиков, там один. 4 датчика обычно в напольных, потому что там сложно на один все повесить при такой толзщине. А мост в каждом датчике, какой смысл мостом включаться датчики по углам, значение перекоса получить?

Вот тут на фотке. mysku.club/blog/aliexpress/28053.html
+
avatar
0
Разброс электрических параметров китайских тензодатчиков никоим образом не отличается от советстких, и составляет ±20% в товарах повседневного пользования, таких, как Ваши весы.
+
avatar
+3
Ошибочка вышла — запятой не хватает.
+
avatar
0
Автор — ты открыл для себя методику обработки хроматограмм — Взвешивание пиков… Поздравляю.
+
avatar
  • Corvair
  • 01 апреля 2024, 16:35
+1
Для пользователя современного полностью автоматизированного «Кристалла» или Agilent сие представляется дикостью, но раньше так и было :)
+
avatar
  • INN36
  • 01 апреля 2024, 17:17
+1
Мне кажется, что автор того злополучного поста сам не ведает, что несет.;)
+
avatar
  • stump
  • 01 апреля 2024, 15:38
+1
есть еще один путь: наклеить миллимектровку на железный лист или фольгированный стеклотекстолит.
это сильно увеличит разрядность, так как такие весы вроде бы килограм измеряют
+
avatar
  • INN36
  • 01 апреля 2024, 16:59
0
Сабжевые до 200 г.
Но у меня есть сильное прозрение, что это есть «разогнанный» вариант 0-100 г.
Причин две, но это долго, нудно и пока из области предположений.)
+
avatar
+2
прямо флешбеки пошли на метод Монте-Карло
+
avatar
  • INN36
  • 01 апреля 2024, 17:20
0
Если сможете, то поясните.
+
avatar
  • Theo
  • 01 апреля 2024, 17:40
0
Ой, вот не надо только :)
А то у меня флешбек дипломной работы про мат моделирование вакуумных систем.
И сгенерёные в экселе двумерные карты распределения давления, напечатанные на цветном принтере, висевшие чуть не 10 лет на кафедре за спиной у дипломного руководителя. До сих пор помню, как ему приятно было, когда был виден «сток» молекул рядом с местом подключения вакуумного насоса. Очень ему тогда всё это понравилось :)
+
avatar
  • DDimann
  • 02 апреля 2024, 09:49
0
метод Монте-Карло
Когда самое продвинутое вычислительное устройство в моем распоряжении было программируемым калькулятором, мне потребовалось для курсача по антеннам решить одно трансцендентное уравнение.
Предлагали записываться в очередь в ВЦ института, но мне было лень.

Уравнение я решил, уже не помню, каким методом — я их кучу перепробовал.
Но что меня тогда несколько удивило — самая быстрая сходимость была именно у метода Монте-Карло.
По крайней мере на том уравнении, что мне прищлось решать…
+
avatar
0
Анекдот про шляпу и интеграл уже был?
+
avatar
  • Shura_m
  • 02 апреля 2024, 08:47
0
А если миллиметровку наклеить на картон, чтобы потяжелее была, то измерять можно и те на таких сверхточных весах.
Тогда будем оперировать уже десятой частью грамма,
+
avatar
  • DDimann
  • 02 апреля 2024, 09:51
0
Ну что мелочиться?
Берется станок плазменной резки, само собой — с ЧПУ, х сейчас и нет других.
Берется лист стали десятки, в станок загоняется формула, результат отвозится на автомобильные весы…
+
avatar
+1
Угу, с нынешними погрешностями в толщине металлического листа — так себе идея. Если только предварительно взвесить целый лист. Или лучше использовать холоднокатанную сталь, у неё меньше допуск по толщине, но толще трёх миллиметров обычную сталь найти будет сложно.

(Работаю на металлобазе и в круг моих обязанностей входит учёт)
+
avatar
0
У картона скорее всего точность опеределения плотности страдает.
+
avatar
  • Maksus
  • 02 апреля 2024, 10:50
+1
Если кривая выходит из начала координат, то свободный член С=0
Понимаю, что это ловля блох, но не могу удержаться :)
С — произвольная постоянная, которая включается в выражение для неопределённого интеграла, так как производная от константы равна нулю.
При вычислении определённого интеграла её быть не может, вычтется она сама из себя :). Откуда бы кривая ни выходила :).
+
avatar
  • INN36
  • 02 апреля 2024, 19:06
0
Спасибо за замечание. Я, наверное, кое-где допускал неточности в изложении, ибо не математик. Но (по сути) — там все нормально. ИМХО.
Если кривая выходит из начала координат, то свободный член С=0
Если эта кривая выходит из начала координат, то свободный член С=0
С — произвольная постоянная, которая включается в выражение для неопределённого интеграла, так как производная от константы равна нулю.
А в чем ее смысл?
Для простоты рассуждений ограничимся 1-ым квадрантом координатной плоскости и интегрированием от 0 вправо.
Неопределенный интеграл задает семейство первообразных, отличающихся только на С, где С = [-∞,+∞].
По сути, величина С определяется длинами отрезков А и В
С=А·В.
где А — отрезок по «X» (на котором берется определенный интеграл)
В — отрезок по «Y» — есть расстояние от начала координат до места пересечения с «Y» (ибо интегрируем от 0!). Вот и все рассуждения, изложенные в статье. Наверное, зря я это Вам рассказываю — скорее всего Вы это итак понимаете…
+
avatar
  • Maksus
  • 02 апреля 2024, 20:14
+1
Если эта кривая выходит из начала координат, то свободный член С=0
Я даже не совсем понимаю, о какой кривой вы говорите. Той, что вы рисовали и площадь под которой считаем? Так это кривая подинтегральной функции, в вашем случае — корня квадратного из икс. При этом С может быть абсолютно любым числом, как вы и написали С = [-∞,+∞].

Если бы взятая вами функция на выходила из начала координат (например, f(x)=√x +5), то неопределенный интеграл был бы уже другой, но в его выражении все равно присутствовало бы неизвестное С
+
avatar
  • INN36
  • 02 апреля 2024, 21:02
0
Той, что вы рисовали и площадь под которой считаем? Так это кривая подинтегральной функции, в вашем случае — корня квадратного из икс.
Да.
При этом С может быть абсолютно любым числом, как вы и написали С = [-∞,+∞].
Все верно. Это бесконечное множество интегрируемых кривых, которое сдвигается вверх-вниз на величину Z = [-∞,+∞]. Из-за этого и появляется в интеграле С = [-∞,+∞].)
+
avatar
  • Maksus
  • 02 апреля 2024, 21:59
+1
Да.
Знания одной только подынтегральной функции f(x) недостаточно для определения С, поскольку (F(x) + C)' = (F(x))' = f(x) при любом значении С.
Из-за этого и появляется в интеграле С = [-∞,+∞].
С в интеграле появляется по определению этого самого интеграла, так как производная от константы равна нулю :). При сдвигании подынтегральной функции f(x) вверх-вниз меняется первообразная функция F(x), как я показал вам в рукописном примере в сообщении выше. Там добавился еще один член в выражении, 5х. Как раз в результате сдвига f(x) на 5 единиц вверх.

К счастью, при вычислении определенного интеграла на участке [a;b] по формуле Ньютона-Лейбница знать значение С не требуется, так как (F(b) + C) — (F(a) + C) = F(b) — F(a). С просто сокращается, чему бы оно ни было равно. Поэтому о нем можно просто «забыть», но говорить, что оно равно нулю не верно.
+
avatar
  • INN36
  • 03 апреля 2024, 11:10
+1
Все понял, согласен.
А главное, что дошло: между неопр. и опр. интегралами — пропасть. Это как теплое и мягкое.
Неопр. и. — это ф-ия, да еще содержащая вечно неизвестную «С». Нужна исключительно для нахождения опр.и. А опр. и. — это уже число.
Спасибо за полезное обсуждение.
ЗЫ. Лишнее предложение убрал в статье.
+
avatar
  • Maksus
  • 03 апреля 2024, 11:43
+2
Отлично! Рад, что обсуждение пошло на пользу. Поэтому добавлю еще немнго
Нужна исключительно для нахождения опр.и.
Зачастую важно знать именно функциональную зависимость. Самый простой пример из школьной физики — равноускоренное движение. Зависимость ускорения от времени а(t)=a. Скорость — это интеграл от ускорения по времени. Взяв его, получаем формулу v(t)=a*t + C1. В данном случае С1 имеет смысл скорости в момент времени t=0, то есть начальной. И мы сразу получаем то, что помним со школы v(t) = v0 + a*t. Проинтегрировав скорость по времени, получим формулу для пути s(t) = v0*t + a*t²/2 + C2. И опять С2 имеет вполне определенный смысл — путь, пройденный телом в момент времени t=0.
+
avatar
  • INN36
  • 03 апреля 2024, 13:00
+1
Да, было такое. Но потом в жизни лично мне не пригодилось. Только интегрирование площадей — сначала взвешиванием или подсчетом квадратиков, потом — численными методами.)
ЗЫ. Посмотрел список Ваших статей. Оказалось, с большей частью знаком.)
+
avatar
  • Maksus
  • 04 апреля 2024, 10:06
+2
Да и я прицепился к этой мелочи только потому, что знаю вашу скрупулезность и внимательное отношение ко всем деталям :)
+
avatar
0
Рабочий компьютер от главбуха
+
avatar
+1
Вот это блин правильный первоапрельский пост
+
avatar
0
Как скучно я живу!
Завидую белой завистью энтузиазму и количеству свободного времени автора!
+
avatar
  • Boing
  • 07 апреля 2024, 22:53
-1
Ваши бы старания, да в полезное русло)
Но… пусть лучше так маньячить, чем на улицах, например)
+
avatar
0
Снизить погрешность этой затеи можно работая в перчатках, чтобы бумага не абсорбировала влагу от пальцев при перекладывании бумажек. И не дышать на бумагу!
+
avatar
  • INN36
  • 08 апреля 2024, 15:07
+4
В данном случае это лишнее.:)
Жир с пальцев чувствуется только 4-ом знаке после запятой.
Поэтому все операции с разновесами на аналит. весах — только чистым пинцетом…
+
avatar
  • Vingrad
  • 08 апреля 2024, 10:13
+1
Многие ли люди знают, что такое интеграл или производная? Даже те, кто имеет не одно высшее, не смогут ответить. Когда-то я помог одному приятелю написать дипломную работу и в ней были формулы расчёта погрешностей с интеграллами и производными, так он не смог их прочитать, спросил, что это за крючок. Записал формулы словами и выучил, как иностранный язык. Защитился на оценку " хорошо". :)
+
avatar
0
Интеграл- суммирование, этож недоеденному ежику ясно, разве нет? И пишется с одной л., вроде ))
+
avatar
  • Vingrad
  • 15 апреля 2024, 22:39
0
С одной л, исправить вовремя не смог.
+
avatar
+3
Красивая статья к 1му, на традиционно высоком уровне.
Просто увидел только сейчас .
+
avatar
  • Vingrad
  • 16 апреля 2024, 08:58
+1
Нам, учитель математики, как-то дал задание, начартить на миллиметровке f=lnx и посчитать площадь квадратиками. У кого получалось число е, с тремя знаками, тем ставил пятёрку. Правильный ответ тогда знали немногие и пятёрки получили два человека.. :(

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.