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べき乗の計算について

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お礼率 33% (61/183)

x^0.5  をやりたいのですが ^が実施できないコンパイラを使っています。
x^3 なら x*x*xとすればいいのですが ^0.5の近似式を教えて
欲しいのですが・・
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質問者が選んだベストアンサー

  • 回答No.4
レベル14

ベストアンサー率 57% (1014/1775)

√x = x^0.5 は言語によってはsqrt(x), sqr(x), power(x,0.5) などと書かれます。

そういうのがない場合には、数値計算をする関数(functionあるいはprocedure, subroutine, method)を作ってやれば良いですね。 要するに、大抵の言語でコンパイラに作りつけの関数sqrtがやっていることを自分で書けばよい。

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

√xを高い精度で計算するには、漸化式を使うのが速いと思います。

もちろんx<0のときはエラー、x=0なら√x=0です。
x>0のとき、y=√x に近づく近似値の列y[0], y[1], ...., y[k], .... を次々と作り、誤差が小さくなったら終わります。

●漸化式
適当な出発値y[0]から始めて
y[n+1]=y[n]/2+x/(2y[n])
という漸化式でy[1], y[2], ... を作ります。(Newton法)
この式は、繰り返しの度に有効桁数が倍になる、「2次収束」という性質を持っているので、出発値y[0]が正解に近ければ、ほんの数回の繰り返しで十分な精度(10進法で10桁以上)に達します。

●繰り返しを何処で打ち切るかの判断
 筋から言うと、正解√xに対する相対誤差 δ
δ=|(y[n]^2)/x - 1|/2
が十分小さくなったら打ち切る、ということで良いでしょう。
 このδがなぜ相対誤差なのか。近似値y[n]が絶対誤差εを含んでいて
y[n]=sqrt(x)+ε
であるとすると、
δ=|(y[n]^2)/x - 1|/2
= |(x+2y[n]ε+(ε^2))/x - 1|/2
= |(2ε√x+ε^2)/x |/2
≒|(2ε√x)/x |/2   (|ε|は小さいのでε^2 は無視できる。)
= |(ε/√x |
だからです。
 幾らなら十分小さくなったと言えるか。これは要求される精度に依存しますが、一般に計算機内部での浮動小数点数値の有効桁数を超えたら、それ以上計算したってしょうがないですね。
 これを逆手に取って、
  y[n]とy[n+1]が同じになったら打ち切る
というやり方もあります。

●出発値y[0]
出発値y[0]があまりにもでたらめだと、上記の漸化式が旨く働かないことがあります。
 y[0]は、数値xの計算機内部での表現を利用すると簡単に決められます。
浮動小数点の数値xは符号部S、仮数部D、指数部Eで表され、たいてい16進法で
x = S×D×(16^E)
となっている。Eは整数です。
ここで、x≠0の場合には
1>D≧1/16
です。
 この問題ではx≠0だし、符号部SはS=1に決まっています。従って
√x = √D ×(4^E)
ですね。
√D=√(1+(D-1))≒1+(D-1)/2 ≒1
と荒っぽい近似ができます。また
Eが偶数の場合には
√x = √D ×16^(E/2)
Eが奇数の場合には
√x = (√D )/4 ×16^((E+1)/2)
です。

だから
  Eが偶数のとき y[0] = 符号部1 仮数部(1+(D-1)/2) 指数部(E/2)
  Eが奇数のとき y[0] = 符号部1 仮数部(1+(D-1)/2)/4 指数部((E+1)/2)
とでもすれば良いでしょう。もっと手抜きして
  Eが偶数のとき y[0] = 符号部1 仮数部1 指数部(E/2)
  Eが奇数のとき y[0] = 符号部1 仮数部1 指数部((E+1)/2)
でも大丈夫です。(漸化式の繰り返しが少し増えるだけです。)

内部表現の調べかたが分からない場合には、計算でDとEを出すこともできます。
 16^(E-1) < x < 16^(E)
となるEを見つければ良いのです。
お礼コメント
nami41

お礼率 33% (61/183)

ごていねいに ありがとうございました。
結局、sqrt関数を手作りでつくることにしました。
投稿日時 - 2001-10-02 23:02:34
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  • 回答No.1
レベル14

ベストアンサー率 39% (813/2055)

.5乗だけでよいなら ルートを使ってください。 また 参考で色々書いていますよ ...続きを読む
.5乗だけでよいなら
ルートを使ってください。

また

参考で色々書いていますよ


  • 回答No.2
レベル11

ベストアンサー率 53% (199/370)

コンパイラ・・・プログラムですか? ^が使えなくても、Cのpow関数みたいに、べき剰を計算してくれる関数はないんでしょうか? pow(x, 0.5)みたいにかけるような・・・・
コンパイラ・・・プログラムですか?
^が使えなくても、Cのpow関数みたいに、べき剰を計算してくれる関数はないんでしょうか?
pow(x, 0.5)みたいにかけるような・・・・
  • 回答No.3
レベル10

ベストアンサー率 51% (86/168)

sight さんが仰るように何か関数があるような気はしますが、 どうしても近似が必要であれば次のテイラー展開の結果を使ってください。  (1+x)^α = 1 + (α,1)*x + (α,2)*x^2 + … + (α,n)*x^n + o(x^n) ここで、(α,n) は2項係数でαは自然数でなくてもよいですが n は自然数です。 (通常カッコの中のαと n は縦に並べて書きますが今は ...続きを読む
sight さんが仰るように何か関数があるような気はしますが、
どうしても近似が必要であれば次のテイラー展開の結果を使ってください。

 (1+x)^α = 1 + (α,1)*x + (α,2)*x^2 + … + (α,n)*x^n + o(x^n)

ここで、(α,n) は2項係数でαは自然数でなくてもよいですが n は自然数です。
(通常カッコの中のαと n は縦に並べて書きますが今は横に並べています。)
つまり、

 (α,n) = α(α-1)…(α-n+1)/n!

です。ただし、(α,0)=1 です。
今は、α=1/2 ですから
 (1/2,1) = (1/2)/1! = 1/2
 (1/2,2) = (1/2)(1/2-1)/2! = -1/8
 (1/2,3) = (1/2)(1/2-1)(1/2-2)/3! = 1/16
などになります。
したがって、

 (1+x)^0.5 = 1 + x/2 - x^2 /8 + x^3 /16 …

と展開できます。ご質問の x^0.5 であれば、x+1 ⇒ x とずらして

 x^0.5 = 1 + (x-1)/2 - (x-1)^2 /8 + (x-1)^3 /16 …

ですね。
あとは近似の精度に気をつけて下さい。
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