Модуль числа в Python – функции abs() и math.fabs()

Запускаю китайскую реплику "ТАРДИС", и вот мы в пятом классе. На доске нарисована числовая ось, а на ней выделен отрезок. Его начало в точке 4, а конец – в 8. Учительница говорит, что длину отрезка можно найти путём вычитания координаты начала отрезка из координаты его конца. Вычитаем, получаем 4, и радуемся – мы нашли длину. Ура! 🎉

Перемещаемся на год вперёд, и там происходит странное: учительница выделяет мелом другой отрезок, но делает это в каком-то неправильном месте – левее точки с цифрой "0". Теперь перед нами старая задача, но с новыми числами и даже буквами: A, B, минус 4 и минус 8. Мы начинаем искать длину отрезка AB = [-4;-8]:

Переводим непонимающий взгляд с получившейся отрицательной длины на довольную улыбающуюся учительницу, а затем на доску. Там наверху, рядом с сегодняшней датой, написана тема урока: "Модуль числа".

Что такое модуль числа

Теперь по-взрослому.

Модуль числа называют абсолютной величиной.

Для вещественных чисел модуль определяется так:

Формула модуля числа для вещественных чисел

Т.е. в любом случае, модуль – число большее или равное 0. Поэтому отрицательная длина в примере хитрой учительницы должна была быть взята по модулю:

Тогда дети бы увидели, что геометрический смысл модуля – есть расстояние. Это справедливо и для комплексных чисел, однако формальное определение для них отличается от вещественного:

, где z – комплексное число: z = x + iy.

В Python для нахождения модуля числа применяются две функции: fabs() из подключаемой библиотеки math и встроенная функция abs().

Abs

В то время как math.fabs() может оперировать только вещественными аргументами, abs() отлично справляется и с комплексными. Для начала покажем, что abs в python работает строго в соответствии с математическим определением.

# для вещественных чисел print(abs(-1)) print(abs(0)) print(abs(1)) > 1 > 0 > 1

Как видно, с вещественными числами всё в порядке. Перейдём к комплексным.

# для комплексных чисел print(complex(-3, 4)) print(abs(complex(-3, 4))) > (-3+4j) > 5.0

Если вспомнить, что комплексное число выглядит так: z = x + iy, а его модуль вычисляется по формуле:

, то можно без труда посчитать, что sqrt(3**2 + 4**2) действительно равно 5.0.

Можно заметить, что abs() возвращает значения разных типов. Это зависит от типа аргумента:

print(type(abs(1))) > <class 'int'> print(type(abs(1.0))) > <class 'float'> print(type(abs(complex(1.0, 1.0)))) <class 'float'>

В этом кроется ещё одно отличие abs() от fabs(). Функция из модуля math всегда приводит аргумент к вещественному типу, а если это невозможно сделать – выбрасывает ошибку:

print(type(math.fabs(complex(2,3)))) > TypeError: can't convert complex to float

Fabs

Для начала работы с fabs() необходимо импортировать модуль math с помощью следующей инструкции:

import math

Мы уже выяснили, что fabs() не работает с комплексными числами, поэтому проверим работу функции на вещественных:

print(math.fabs(-10)) print(math.fabs(0)) print(math.fabs(10)) > 10.0 > 0.0 > 10.0

Функция производит вычисления в соответствие с математическим определением, однако, в отличие от abs(), всегда возвращает результат типа float:

print(type(math.fabs(10))) > <class 'float'>

Основные свойства модулей

# Квадрат модуля = квадрату числа print(pow(4, 2) == pow(abs(4), 2)) > True # |x| = |-x| print(abs(-10) == abs(10)) > True # Модуль произведения = произведению модулей: |ab|=|a||b| print(math.fabs(11 * 3) == math.fabs(11) * math.fabs(3)) > True # Аналогично для деления: |a/b|=|a|/|b| print(math.fabs(48/8) == math.fabs(48) / math.fabs(8)) > True # |a ** b| = |a| ** b print(abs(2 ** 10) == abs(2) ** 10) > True

И еще несколько важных неравенств:

  • m <= |m|
  • -|m| <= m
  • |m| >= 0
  • |m + n| <= |m| + |n|
  • |m – n| <= |m| + |n|
  • |m| - |n| <= |m + n|
  • |m + n| >= ||m| - |n||
  • |m – n| >= ||m| - |n||
😭
😕
😃
😍