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输入计算

数学公式

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结果

结果不确定度(δQ)
± 0.5831
Q = 14 ± 0.5831
计算结果(Q) 14
绝对不确定度(δQ) ± 0.583095
相对不确定度 4.16%

什么是误差传播?

任何物理测量都带有不确定度。当你把多个测量量通过四则运算组合起来时,这些不确定度也必须一并"传递"到最终结果中。这款误差传播计算器支持四种基本运算——加、减、乘、除——处理两个测量值 A 和 B,它们各自带有不确定度 \(\delta A\) 和 \(\delta B\),并假设这两项误差是随机且相互独立的。

两个带有不确定度范围的测量值合并成一个具有更大不确定度范围的结果
两个测量量的不确定度合并后,产生结果的不确定度。

使用方法

先选择运算方式,输入数值 A 及其不确定度 \(\delta A\),再输入数值 B 及其不确定度 \(\delta B\)。计算器会给出合成后的结果 Q、它的绝对不确定度 \(\delta Q\),以及相对(百分比)不确定度。

计算公式

对于加法和减法,绝对不确定度按平方和(方和根)方式合成:

$$\delta Q = \sqrt{\delta A^{2} + \delta B^{2}}$$

对于乘法和除法,则是相对不确定度按平方和方式合成:

$$\frac{\delta Q}{\lvert Q \rvert} = \sqrt{\left(\frac{\delta A}{A}\right)^{2} + \left(\frac{\delta B}{B}\right)^{2}}$$

再由此求出绝对不确定度 \(\delta Q = \lvert Q \rvert \times\) 该相对值。

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求和时绝对误差的平方和相加与乘积时相对误差的平方和相加的对比
对于 ± 运算,绝对误差按平方和相加;对于 × 和 ÷ 运算,相对误差按平方和相加。

实例演示

把 \(A = 10 \pm 0.5\) 与 \(B = 4 \pm 0.3\) 相乘。乘积为 \(Q = 40\)。两者的相对不确定度分别为 \(0.5/10 = 0.05\) 和 \(0.3/4 = 0.075\)。合成后:

$$\sqrt{0.05^{2} + 0.075^{2}} = \sqrt{0.0025 + 0.005625} = \sqrt{0.008125} \approx 0.090139$$

因此 \(\delta Q = 40 \times 0.090139 \approx 3.61\),即 \(Q = 40 \pm 3.61\)(约 9.0%)。

常见问题

为什么用平方和合成,而不是直接相加?相互独立的随机误差在平均意义上会部分相互抵消,所以在统计上正确的合成方式是"平方和再开根号",而不是简单的算术相加。

做减法能减小不确定度吗?不能——对于 \(A - B\),绝对不确定度仍然是 \(\sqrt{\delta A^{2} + \delta B^{2}}\),和 \(A + B\) 完全相同,尽管结果 Q 变小了。这正是两个相近数值相减在数值计算上很危险的原因。

如果某个数值为零怎么办?当数值为零时,相对不确定度没有定义,因此计算器会把该项当作零处理,以避免出现除以零的情况。

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