Untersuche die Genauigkeit der Näherungsformel \((1+a) \cdot (1+b) \approx 1+a+b\) für die folgenden zwei Fälle:
Fall I: \(1{,}003 \cdot 1{,}003\)
Fall II: \(1{,}003 \cdot 0{,}997\)
a) Bestimme für beide Fälle den Näherungswert mithilfe der Formel.
b) Berechne für beide Fälle das exakte Produkt.
c) Vergleiche die Größe der Abweichungen (den absoluten Fehler) vom exakten Wert. Was fällt dir auf? Begründe deine Beobachtung mithilfe des Terms \(a \cdot b\), der bei der Näherung vernachlässigt wird.
Denkanstöße
- Achte im zweiten Fall darauf, dass eine der Zahlen kleiner als \(1\) ist. Welchen Wert muss \(b\) dann haben?
- Überlege dir, wie der Fehler zustande kommt, wenn man das Produkt exakt ausmultipliziert.
- Vergleiche die Differenzen zwischen dem Schätzwert und dem exakten Ergebnis.
Lösung
1. Bestimmung der Näherungswerte:
Fall I: \(a=0{,}003, b=0{,}003 \implies 1 + 0{,}003 + 0{,}003 = 1{,}006\).
Fall II: \(a=0{,}003, b=-0{,}003 \implies 1 + 0{,}003 - 0{,}003 = 1{,}000\).
2. Berechnung der exakten Werte:
Fall I: \(1{,}003 \cdot 1{,}003 = 1{,}006009\).
Fall II: \(1{,}003 \cdot 0{,}997 = 0{,}999991\).
3. Vergleich der Abweichungen:
Fall I: \(|1{,}006009 - 1{,}006| = 0{,}000009\).
Fall II: \(|0{,}999991 - 1{,}000| = 0{,}000009\).
4. Begründung:
Die Abweichung entspricht genau dem Betrag des Produkts \(a \cdot b\). Da in beiden Fällen \(|0{,}003 \cdot 0{,}003| = |0{,}003 \cdot (-0{,}003)| = 0{,}000009\) gilt, ist der absolute Fehler in beiden Fällen gleich groß.
Antwort
a) Näherungswerte: I: \(1{,}006\); II: \(1{,}000\).
b) Exakte Werte: I: \(1{,}006009\); II: \(0{,}999991\).
c) Die Abweichung ist in beiden Fällen gleich groß (\(0{,}000009\)). Dies liegt daran, dass der Betrag des vernachlässigten Terms \(a \cdot b\) in beiden Fällen identisch ist.