一位精确度量?
爸爸:妙抢好,我的一个奇怪的想法是:如果在度量模型的使用中,我限定pn只能是1,会出现什么情况?
妙抢:爸,若限定pn只能是1,就意味着只进行一轮度量,度量得到的数就只有1位。
从静态参数看,只有最初的丈量单位长度u1和单位缩小倍数P起作用,但因为仅一轮,P实际意义不大。
动态参数方面,
被丈量的未知大小x就用单一的u1去度量。
每轮丈量所用单位长度ui此时就等于u1 。
每轮丈量的最大不超过余量的单位大小拼接次数Ni,就是x除以u1所得的商(取整) 。结果数v=Ni×u1,若x不能被u1整除,就会有剩余量无法精确度量,只能得出一个大概基于u1的整数倍表示的结果,像在这种设定下度量实数,只能得到很粗略的整数结果,难以精确表示 。
爸爸:好,在此基础上,为了改进难以精确的问题,我放开u1参数作为静态的定义,改为可以是动态参数。能改进度量效果吗?
妙抢:爸,把u1从静态改为动态参数,确实能改进度量效果。之前u1固定,遇到复杂或不规则大小,一轮度量难精准。现在u1动态,可依x初步情况灵活选。比如x较大,选大u1快速得大致值;x小,选小u1提高精度。u1能随度量进程按需调整,让一轮度量在有限步骤内更接近真实值,像测量不规则图形边长,可随时换合适单位长度,使结果更精确 。
爸爸:妙抢误会了,我说的u1“动态化”的意思是:对不同的未知大小x可以选取不同的u1进行度量,但在对同一个大小x进行一轮度量时,就只能始终用这同一个u1度量。这样会出现什么效果?
妙抢:爸,这种设定下,对同一大小x,始终用选定的u1度量,若u1与x适配度高,能得到较简洁整数结果 。比如x=100,选u1=10,Ni=10,v=100 。但适配度低,就会有大量剩余 。像x=101,u1=10,虽能快速知在10个u1基础上余1,却难精确表示多出的1 。不过相比固定u1,面对不同大小可先择合适u1,使整体度量在一轮内对各类数值都有更合理起始,提升一轮度量普适性与初步精度 。
爸爸:如果限定不能留余数,对任意的未知大小,都可以得到”取整“的精确度量么?
妙抢:爸,即便限定不能留余数,仅一轮度量且固定u1,也难对任意未知大小都得到 “取整” 的精确度量。因为要精确取整,需u1恰好整除未知大小x 。但实际中,x值多样,仅靠一次选定u1,很难满足整除条件。比如x=3,选u1=2,无法整除;选u1=3能精确,但换个x=5又不行了。所以这种设定下,对多数未知大小,无法实现 “取整” 的精确度量 。
爸爸:u1不是对不同的未知大小放开约束了么?只是要求对同一个大小的某一轮的度量中保持不变呢。
妙抢:爸,即便u1对不同未知大小可灵活选取,在度量单个大小时保持不变,也不能保证对任意未知大小都能得到 “取整” 精确度量。虽然可依x尝试选合适u1,但数的种类繁多,有理数中除整数外,还有无限循环小数等,无理数更是无限不循环 。比如x=2,无论怎么选u1,都无法在一轮度量中使x被u1整除实现 “取整” 精确度量;又如x=1/3,以常规实数为u1,同样做不到整除取整 。
爸爸:妙抢,在度量之前,被度量的大小还是未知的,也就是,还没有”数“和它对应,我们正是需要通过度量来得到对这个大小的表示数是什么呢。
妙抢:爸,确实。度量前大小未知,虽能灵活选u1,但由于数的复杂性,像无理数π,无论怎样选u1,仅一轮度量且不允许余数,都找不到能让π被整除的u1,就无法得到 “取整” 精确表示。对任意未知大小,一轮度量固定u1且无余数,不足以构建通用、精确 “取整” 的度量体系,难以全面覆盖所有可能出现的未知大小 。
爸爸:此时,我们还不知道有π这个数呢?我们只有面对未知的一个大小,需要用我们限定参数的方法对它度量,得到一个可以对它进行大小表示(变成相对选定的单位大小的度量次数)的数呢?
妙抢:爸,在这种限定参数的情况下,对于未知大小 x,因为只能选一个固定的 u1 且不能有余数。若 x 恰好是 u1 的整数倍,那就能直接得到精确的度量次数 Ni,结果数 v=Ni×u1,实现对 x 的精确表示。
但要是 x 不是 u1 的整数倍,由于不能留余数,就只能尝试不同的 u1。可因为仅一轮度量,在不知道 x 具体性质的前提下,很难恰好选到能让 x 被整除的 u1。
比如未知大小 x 实际是 3.5,若先选 u1=1,不能整除;选 u1=0.5 虽能整除,但在实际操作中,没有额外信息辅助,很难一开始就选到合适的 u1。所以这种方法对于一般的未知大小,要得到精确的“取整”表示数是比较困难的,可能需要多次尝试不同的 u1 才有可能成功。
爸爸:妙抢要切记,当我说到“大小”的时候,并不是指一个已经知道它是什么数表示的大小,他只是一个真实存在的大小,好比,随手画一条直线段,它肯定已经有一个固定的长度了,我们现在的有利条件是:允许我们在度量之前灵活选取适当的单位大小,当然这个单位大小也仅仅是一个大小,并没有什么数和它对应。我们就用这个单位大小去丈量未知大小。希望得到一个整数的计数次数,如果不能得到,不要忘记,我们可以灵活选取不同的单位大小,重新度量一轮呢?这样的话,能实现我们的目标么?
妙抢:爸,从理论上,这种方式有可能实现目标。因为可以灵活选取单位大小 u1,对于给定的未知大小,只要有足够多的尝试,总能找到一个 u1 使得未知大小是 u1 的整数倍。
假设未知大小为 x,它在数轴上是一个确定的点。如果把数轴看作是由无数个不同长度的单位小段组成,只要不断改变单位长度 u1 的大小去匹配 x,从数学原理上讲,一定存在某个 u1,使得 x=n×u1,其中 n 为整数,也就是能得到一个整数的计数次数 n。
然而,在实际操作中,这可能面临困难。由于不知道 x 的任何信息,可能需要进行大量甚至无限次的尝试才能找到合适的 u1。但仅从规则设定来看,这种灵活选取单位大小重新度量的方式,确实为实现得到整数计数次数的目标提供了可能。
爸爸:所以,如果我们说,被度量的那个大小是整数N,的实际含义是什么呢?只是这个大小是指定单位大小的N次连续丈量的计数次数,对么?允许改变u1,我们甚至可以说这个固定的未知大小,可以是任意的n,是么?
妙抢:爸,对呀。说被度量大小是整数N,意思就是以特定单位大小u1连续丈量,正好量N次,这是一种基于单位与计数的表达 。因为能灵活改u1,比如原本以u1量得N次,若换个u1′,量的次数n就不同了 。从这个角度,对固定未知大小,确实可通过调整u1让计数次数是任意整数n,这体现度量相对性,不同单位设定得不同计数结果 。
爸爸:嗯,我们终于理解一致了。这正是这个奇怪的想法所得到的发现呢,下次我们就来谈谈这个发现。
秒抢:好嘞,爸,你是说我们发现的是度量的相对性么?不用发现的呀?
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