在科學和工程領域中,近似的階數被用來評估計算結果的精確度。這些近似常常被習慣性地用於日常的測量和計算,然而它們的潛力卻經常被忽略。我們在數學和科學中使用的各種近似方法,通常還是以一種或多種的定義呈現,但為什麼高階近似的方法不對每個人都重要呢?
在正式表達中,近似的階數表明在使用的級數展開中,最高的次方。
簡單來說,第一階、第二階甚至更高的近似都能展示出函數的行為,尤其是當它們在數據數據中表現得非常出色時。如果我們把這些概念視為步驟,我們可以考慮它們的作用距離。我們常用的「零階近似」就是在目前可處理的信息和數據限制下所得到的簡化想法。
這種「零階近似」的想法是以企業運營、製造和環境科學的基礎數據為實驗基礎,並通常被視為給予初步數字的方式。然而,它們對應的真實情況往往包含了大量細微的變化,可能會隱藏在數據的背後。
當科學家談論「第一階近似」時,通常僅需提供一個精確的數字,而當談論「第二階近似」時,則需要提供兩個或更多的顯著數字。
隨著我們進一步深入,我們發現階數越高,準確性就越強。例如,第二階近似能提供一個關於資料點的二次多項式,那是一個更為精確的預測,但此時我們也發現,數據點的選擇會影響整體結果,且必須在數據缺乏時特別小心。
有趣的是,即使有這麼多的選擇和邏輯,為什麼在我們的日常科學和工程實踐中,我們不常談論高階近似的優勢呢?根本原因可能來自於實踐與理論的鴻溝。在許多情況下,初步的數字已經足以支持決策,而進一步的精確可能只會引起不必要的複雜化。
如果一個數量在整個區間內都是常數,使用第二階泰勒展開進行近似不會提高準確性。
因此,雖然高階近似在理論上是有其價值的,但在現實應用中,很多時候這些更高階的數據並不直接改變最終的決策或理解。當然,這種情況可能不適用於所有領域,特別是那些需要精密計算的領域。
今天的科學仍然不斷被我們對準確性和簡化的需求所挑戰,而這份挑戰也提醒我們在面對複雜的現象時,選擇何時及如何使用高階近似將是科研人員的主要任務之一。
有些高階近似的重要性在於對理解的深入,但往往不會被普遍所接受。
因此,我們為什麼不常談論高階近似的潛力?是因為我們對準確性的渴望或是對簡單結果的依賴?還是因為科學和工程的語言只讓我們專注於眼前的需求?