История вычислительной техники (стр. 7 )

Деление

Деление на русских счетах является достаточно сложной процедурой. Использовать для этого счеты иногда просто иррационально. Если пример удобный, допустим, необходимо разделить 280 на 2, тогда действительно, нужно просто из каждого ряда отодвинуть направо половину костяшек и тогда получится 140.

6.2 Работа с логарифмической линейкой

С помощью логарифмической линейки можно производить умножение, деление, возведение в степень и извлечение корней, определять натуральные значения тригонометрических функций заданных углов и по заданным натуральным значениям тригонометрических функций находить соответствующие им углы, определять логарифмы и антилогарифмы чисел, находить логарифмы тригонометрических функций и производить различные вычисления.

Рассмотрим подробно правила выполнения перечисленных выше операций с помощью логарифмической линейки и начнем с умножения и деления.

Умножение и деление.

Умножение и деление с помощью линейки основывается на свойстве логарифмов:

lg X*Y = lg X + lg Y lg X/Y = lg X – lg Y

Следовательно, операция умножения сводится к сложению соответствующих отрезков на логарифмических шкалах C и D, а операция деления – к вычитанию этих отрезков.

Рассмотрим пример, в котором требуется вычислить X = 41.4 x 12 = 496,8:

1. Ставим указатель бегунка на деление 41.4 на шкале D.

2. Передвигаем движок вправо так, чтобы крайняя левая цифра шкалы C (1) была под указателем бегунка.

3. Ставим указатель бегунка на деление 12 на шкале C.

4. По указателю бегунка считываем число на шкале D (497).

5. Приблизительный результат умножения 497.

Рассмотрим деление на примере y = 5.15/1.31 = 3.931…:

1. Устанавливаем указатель бегунка на деление 5.15 шкалы D.

2. Перемещаем движок логарифмической линейки влево до совпадения указателя бегунка с делением 1.31 шкалы С.

3. Устанавливаем указатель бегунка на левую крайнюю цифру шкалы С (1).

4. По указателю бегунка считываем число на шкале D (393).

5. Приблизительный результат деления будет 3.93.

4.2. Возведение в степень и извлечение корня.

Для возведения в квадрат или в куб числа М устанавливают указатель бегунка на деление шкалы D, соответствующее числу М. По указателю бегунка на шкале А считывают квадрат числа М, а на шкале К – куб числа М. При этом необходимо вручную учитывать порядок результата.

Рассмотрим пример возведения числа 42 в куб и квадрат с помощью логарифмической линейки:

1. Устанавливаем бегунок на деление 4.2 шкалы D.

2. По указанию бегунка считываем число на шкале А (17.64).

3. Определяем порядок результата возведения в квадрат. Для этого в первую очередь определяем порядок исходного числа. 42 = 4.2 *101, следовательно, порядок исходного числа 1. Воспользовавшись правилом возведения числа в степень ((Xn)m = Xn*m), определим порядок результата. В нашем случае n = 1 (порядок исходного числа), m = 2 (возведение в квадрат), таким образом, порядок результата будет 1*2 = 2.

4. Приблизительный результат возведения числа 42 в квадрат будет 17.64*102 = 1764. 5. По указанию бегунка считываем число на шкале К (74).

6. Определяем порядок результата возведения в куб. В этом случае n = 1, m = 3, следовательно, порядок результата будет 1*3 = 3.

7. Приблизительный результат возведения числа 42 в куб будет 74*103 = 74000. Извлечение корня – действие, обратное возведению в степень, поэтому для того, чтобы извлечь квадратный корень из числа устанавливают указатель бегунка на деление, соответствующее этому числу на шкале А, а результат извлечения смотрят по указателю бегунка на шкале D. Для извлечения кубического корня указатель устанавливают по шкале К, а результат опять же будет на шкале D. Так же, как и при возведении в степень, порядок результата необходимо рассчитывать вручную.

Работа с логарифмами.

Для нахождении десятичного логарифма числа необходимо указатель бегунка установить на деление шкалы D, соответствующее этому числу. И по указателю бегунка на шкале L определить мантиссу (дробная часть) логарифма. Затем спереди приписать к ней характеристику (целая часть) логарифма. Рассмотрим пример нахождения десятичного логарифма числа 473 (lg 473 = 2.67486…):

1. Устанавливаем указатель бегунка на деление шкалы D, соответствующее числу 473. В нашем случае это будет деление 4.73.

2. Определяем значение мантиссы на шкале L по указателю бегунка (675).

3. Определяем характеристику десятичного логарифма: 102 < 473 <103, следовательно, характеристика будет 2.

4. Приблизительный результат вычисления десятичного логарифма числа 473 будет 2.675.

Для нахождения числа по заданному десятичному логарифму (потенцирование) устанавливают указатель бегунка на деление шкалы L, соответствующее мантиссе логарифма. По указателю бегунка определяют число, соответствующее мантиссе. Далее вручную определяют порядок результата, исходя из характеристики логарифма.

Рассмотрим пример определения числа, заданного десятичным логарифмом 2.675:

1. Устанавливаем указатель бегунка на деление шкалы L, соответствующее мантиссе заданного десятичного логарифма (675).

2. Определяем по указателю бегунка значение на шкале D (4.73).

3. Определяем порядок результата. Так как характеристика заданного логарифма 2, то порядок результата будет 102.

4. Приблизительный результат потенцирования: 4.73*102 = 473.

Тригонометрические расчеты.

Логарифмические шкалы Sin, S&T и Tg позволяют производить разнообразные действия над формулами, содержащими тригонометрические функции. Однако, эти шкалы предназначались только для работы с синусами и тангенсами, поэтому при работе с косинусами и котангенсами было необходимо предварительно выразить их через синусы и тангенсы по формулам:

cos a = sin (900-a);

ctg a = 1/tg a, для а от 00 до 450;

ctg a = tg (900 – a), для а от 450 до 900.

Рассмотрим на примерах методы работы на логарифмической линейке при вычислении тригонометрических функций. Для начала вычислим значение 43*tg6035` = 4.9625…:

1. Устанавливаем указатель бегунка на деление 4.3 шкалы D.

2. Перемещаем движок логарифмической линейки влево до совпадения указателя бегунка с началом шкалы Tg.

3. Устанавливаем указатель бегунка на деление 6035` шкалы Tg.

4. По указателю бегунка считываем ответ со шкалы D. В нашем примере это будет примерно 4.96.

Аналогичные действия необходимо предпринять и при работе с синусами и косинусами. Рассмотрим пример 345*cos 82050` = 43.0408…:

1. Преобразуем косинус в синус: 345*cos 82050` = 345*sin 7010`.

2. Устанавливаем указатель бегунка на деление 3.45 шкалы D.

3. Перемещаем движок логарифмической линейки влево до совпадения указателя бегунка с началом шкалы Sin.

4. Устанавливаем указатель бегунка на деление 7010` шкалы Sin.

5. По указателю бегунка считываем ответ со шкалы D. В нашем случае это будет примерно 43.

Значение тригонометрических функций можно находить и не меняя сторону движка линейки. Для этого с обратной стороны линейки предусмотрено два продолговатых выреза, сделанных так, что в левый вырез видна только шкала Tg, а в правый - шкалы движка Sin и S&T. На стенках этих вырезов нанесены штрихи: один на левый вырез и два на правый.

Совмещая штрих левого выреза с каким либо значением шкалы Tg (например 110), на лицевой стороне линейки по шкале С напротив начального деления шкалы D можно считать значение tg 110, т. е. 0.194.

Если же под верхний штрих правого выреза установить, например, 310 шкалы Sin, то на шкале С (напротив правого крайнего штриха (цифра 10) шкалы D) будет значение sin 310 (примерно 0.515).

Так же с помощью логарифмической линейки можно находить углы по значениям синуса или тангенса. Рассмотрим пример нахождения угла, которому соответствует tg a = 0.22:

1. Находим на шкале С значение заданного тангенса (0.22).

2. Совмещаем найденное деление шкалы С с началом шкалы D.

3. Переворачиваем линейку и в левом вырезе напротив штриха считываем значение искомого угла - примерно 12025`.

Для нахождения угла по заданному синусу (например, sin a = 0.56) совмещаем деление шкалы С, соответствующее синусу (0.56), с концом шкалы D. Переворачиваем линейку и на шкале Sin в правом вырезе напротив верхнего штриха считываем значение искомого угла (примерно 340).

Стоит помнить, что при определении угла по значению тригонометрической функции, необходимо вручную учитывать в какой четверти находится искомый угол.

Часто при расчетах требуется переводить углы из градусов в радианы. Для этих целей на линейке предусмотрена специальная отметка. Рассмотрим использование отметки на примере перевода 36012` в радианы:

1. Выражаем заданный угол в минутах (360*60+12` = 2172`).

2. Устанавливаем бегунок на деление 2.172 шкалы D.

3. Подводим под указатель бегунка штрих шкалы С, отмеченный знаком.

4. Считываем ответ на шкале D напротив конца шкалы C (примерно 0.632 рад).

Рассмотрим перевод угла из радиан в градусы на примере 0.35 рад:

1. Устанавливаем бегунок на деление 3.5 шкалы D.

2. Подводим под указатель бегунка конец шкалы С.

3. Устанавливаем бегунок на деление шкалы С, отмеченное символом.

4. По указателю бегунка со шкалы D считываем ответ (примерно 1.2).

5. Ответ считан в минутах без учета порядка. Переведем ответ в градусы и учтем порядок: 1.2/60 = 0.02. С учетом порядка ответ будет примерно 20 градусов.