
PDF / Лекции
.pdf
(С) ИиКМ РХТУ март 2004г. Калинкин Владимир Николаевич |
2 |
|||||||||||||||||||
l |
|
(x) = y |
|
(x − x1 )(x − x2 ) |
|
=1 |
(x −0)(x −1) |
= |
1 |
x2 |
− |
1 |
x |
|
||||||
0 |
0 (x |
0 |
− x |
)(x |
0 |
− x |
2 |
) |
(−1 −0)(−1 −1) |
2 |
2 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l1 (x) = y1
l2 (x) = y2
L(x)=x2
|
(x − x0 )(x − x2 ) |
|
|
|
= 0 |
(x +1)(x −1) |
|
= 0 |
|
|
|
|
||||||||||
(x |
|
− x |
0 |
)(x |
− x |
2 |
) |
|
|
(0 +1)(0 −1) |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
(x − x0 )(x − x1 ) |
|
|
=1 |
(x +1)(x −0) |
= |
1 |
x2 |
+ |
1 |
x |
|||||||||||
|
(x |
2 |
− x |
0 |
)(x |
2 |
− x |
|
) |
(1 +1)(1 −0) |
2 |
2 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Аппроксимация.
Пусть в результате эксперимента для заданных значений независимой переменной x – x0, x1, x2 ,…..,xn были определены значения зависимой переменной y- y0, y1, y2 ,…..,yn. Требуется отыскать аналитическую зависимость между x и y в виде некоторой функции f(x), которая наилучшим образом (в смысле какого либо критерия рассогласования)
описывала эти экспериментальные данные. Чаще используют квадратичный критерий
n
рассогласования R = ∑( yiэ − yiр )2 . Функцию f(x) определим как линейную, т.е.
i =0
y=f(x)=a0+a1*x. Коэффициенты a0 и a1 будем называть параметрами. Надо найти такие значения параметров, при которых квадратичный критерий рассогласования
n
R = ∑( yiэ − (a0 + a1 xi ))2 имел бы минимальное значение. Критерий рассогласования R
i=0
является функцией двух переменных a0 и a1 т.е. R=R(a0,a1). Необходимое условие экстремума функции нескольких переменных – это равенство 0 частных производных по параметрам.
∂R |
э |
|
∂R |
э |
|
|
|
n |
|
|
n |
|
|
= 2 ∑( yi |
− (a0 + a1 xi )) (−1) = 0 и |
|
= 2 ∑( yi − (a0 + a1 xi )) (−xi ) = 0 |
∂a |
0 |
∂a |
|||
|
i =0 |
1 |
i =0 |
Получаем систему уравнений для определения параметров.
n |
|
|
∑( yiэ − (a0 + a1xi ) ) = 0 |
||
i =0 |
|
|
n |
|
|
∑( yiэ −(a0 + a1xi )) xi = 0 |
||
i =0 |
|
|
n |
n |
n |
∑a0 + ∑a1xi = |
∑yiэ |
|
i =0 |
i =0 |
i =0 |
n |
n |
n |
∑a0 x − ∑a1 xiэ = ∑yiэ |
||
i =0 |
i =0 |
i =0 |
n |
n |
|
n |
|
|
|
∑yiэ − ∑a0 − ∑a1 xi = 0 |
|
|||||
i =0 |
i =0 |
|
i =0 |
|
|
|
n |
n |
|
|
n |
|
|
∑yiэxi − ∑a0 xi − ∑a1 xi2 = 0 |
||||||
i =0 |
i =0 |
|
|
i =0 |
|
|
= |
|
|
a |
|
b |
|
N |
∑xi |
|
|
|
||
∑1 |
a0 |
∑yi |
||||
n |
n |
|
|
|
n |
|
in=0 |
in=0 2 |
a |
= |
ni =0 |
|
|
∑xi |
∑xi |
|
1 |
|
∑yi xi |
|
i =0 |
i =0 |
|
|
|
i =0 |
|

(С) ИиКМ РХТУ март 2004г. Калинкин Владимир Николаевич |
3 |
|||||||||||
|
|
|
|
1 |
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
= = Т = |
= Т → |
= |
1 |
x2 |
= → → → |
= −1 → |
|
|||||
N =Ф Ф а |
b =Ф y , |
где Ф = |
|
x3 |
|
N a |
= b a = N b |
|
||||
1 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
1 |
x |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
i |
|
x |
|
y(эксп) |
|
y( расч.инт) |
y( расч.аппр) |
|
||
|
|
|
|
i |
|
|
i |
|
|
i |
i |
|
|
|
0 |
|
1 |
|
|
1,5 |
|
|
1,5 |
1,214 |
|
|
|
1 |
|
2 |
|
|
1,5 |
|
|
1,5 |
2,129 |
|
|
|
2 |
|
3 |
|
|
3,5 |
|
|
3,5 |
3,043 |
|
|
|
3 |
|
4 |
|
|
3,5 |
|
|
3,5 |
3,957 |
|
|
|
4 |
|
5 |
|
|
5,5 |
|
|
5,5 |
4,871 |
|
|
|
5 |
|
6 |
|
|
5,5 |
|
|
5,5 |
5,786 |
|
6,5
6
5,5
5
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5
|
= |
|
|
Ф |
|
1 |
|
1 |
1 |
|
2 |
1 |
|
3 |
1 |
|
4 |
1 |
|
5 |
1 |
|
6 |
= T
Ф
1 |
|
1 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
|
2 |
3 |
4 |
|
5 |
6 |
= |
|
→ |
|
= −1 |
→ |
||
N |
|
b |
N |
a |
|||
6 |
|
21 |
21 |
0,867 |
|
-0,2 |
0,3 |
21 |
|
91 |
89,5 |
-0,2 |
|
0,057 |
0,914 |

(С) ИиКМ РХТУ сентябрь 2003г. Калинкин Владимир Николаевич |
1 |
Численное интегрирование.
Пусть на отрезке [a; b] определена непрерывная функция f(x). Требуется определить
значение определенного интервала I = ∫b f (x)dx = F(b)-F(a), которое числено равно площади
a
S, фигуры ограниченной графиком функции f(x) и осью x, на заданном отрезке [a; b]. Для приближенного вычисления S, разобьем наш отрезок [a; b] на n равных элементарных отрезков точками x0=a, x1= a+h, x2=x1+h,…xi=xi-1+y,….,xn=b, где h =(b-a)/n – шаг разбиения.
Значение функции f(x) в точках разбиения xi обозначим через yi
|
|
|
|
|
yi |
|
yn |
|
|
|
|
y1 |
yi-1 |
yi+1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
y0 |
|
|
h |
|
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x0 |
x1 |
xi-1 |
xi |
xi+1 |
xn |
|||
a |
|
|
|
|
|
b |
Тогда площадь S можно вычислить как сумму элементарных площадей определенных для соответствующих элементарных отрезков длиной h.
S = s0+s1+s2+…si+…..+sn-1
Произвольную si площадь можно вычислить, как определенный интеграл на отрезке [xi;xi+1]
xi +1
от более простой функции φi(x), которой заменим реальную функцию f(x), si = ∫ϕi (x)dx
xi
Вид функции φi(x) будут определять и название метода.
Методы прямоугольников.
Значение функции φi(x) на отрезке [xi;xi+1]. принимается константой Метод прямоугольников вперед
φi(x) = yi
значения элементарной si и общей S площади можно вычислить как:
xi+1 |
|
n −1 |
n −1 |
|
si = ∫yidx = yi x xi |
|
= yi (xi +1 − xi ) = yi h; S = ∑si = h ∑yi |
||
|
xi |
+1 |
i =0 |
i =0 |
xi |
|
Метод прямоугольников назад
φi(x) = yi+1
значения элементарной si и общей площади можно вычислить как:
xi +1 |
|
|
n−1 |
n−1 |
si = ∫yi+1dx = yi+1 x |
|
xi |
= yi+1 (xi − xi−1 ) = yi+1 h; S = ∑si = h ∑yi+1 |
|
|
||||
|
xi −1 |
|||
|
||||
xi |
|
|
i=0 |
i=0 |
Метод прямоугольников в среднем.
Определим точку xi + 12 = xi + 12 h и значение функции yi + 12 в середине элементарного отрезка
[xi;xi+1].
Принимаем φi(x) = yi + 1 |
. |
|
2 |
Тогда значения элементарной si и общей S площади можно вычислить как:

(С) ИиКМ РХТУ сентябрь 2003г. Калинкин Владимир Николаевич |
2 |
|||||
xi+1 |
x xi |
|
n −1 |
n −1 |
|
|
si = ∫yi + 12dx = yi + 12 |
|
= yi + 12 (xi +1 − xi ) = yi + 12 h; S = ∑si = h ∑yi + 12 |
|
|||
xi |
|
xi |
+1 |
i =0 |
i =0 |
|
|
|
|
|
Метод трапеций
Фукцию φi(x) будем определять как линейную на отрезке [xi;xi+1], т.е. ее график должен
проходить через две смежные точки (xi,yi) и (xi+1,yi+1). Функцию φi(x) можно будет представить как интерполяционный многочлен Ньютона, построенный по двум точкам xi и
xi+1, φi(x) = Li(x) = |
yi |
( x − xi +1 ) |
+ yi +1 |
( x − xi ) |
|
( xi − xi +1 ) |
( xi +1 − xi ) |
||||
|
|
|
Тогда значения элементарной si и общей S площади можно вычислить как:
|
|
|
xi +1 |
|
|
xi +1 |
|
|
|
(x |
− xi +1 ) |
|
xi +1 |
|
|
(x − xi ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
si = ∫Li (x)dx = ∫ |
|
|
|
|
|
|
∫ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
yi |
|
|
|
|
|
dx |
+ |
yi +1 |
|
|
dx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
(x |
− x |
) |
(x |
− x ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
x |
|
|
x |
i |
|
|
|
|
|
i |
|
i +1 |
|
|
|
|
|
x |
i |
|
|
i +1 |
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
сделаем замену переменной |
|
t = |
|
x |
− xi |
x=xi |
|
ti=0 |
x=xi+1 |
ti+1 = 1 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
x = xi + ht |
|
|
dx=hdt |
|
|
(x-xi) = ht |
|
(x-xi+1) = ht − h = h(t −1) |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
1 |
|
h(t −1) |
1 |
|
|
|
|
|
ht |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
t2 |
|
1 |
t2 |
|
1 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
∫yi |
hdt + ∫yi +1 |
|
hdt = h(∫yi (1 −t)dt + ∫yi +1tdt) = h(yi (t |
|
− |
|
) + yi +1 |
|
) = |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
(−h) |
(h) |
|
0 |
2 |
|
|
2 |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
0 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
0 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
si = |
h( y (1 |
− |
1 |
) + y |
|
|
1 |
) |
= h |
yi + yi +1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
i |
2 |
|
|
i +1 2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
а общая площадь на отрезке [a;b] будет равна |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
n −1 |
n −1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
S = ∑si = |
∑h ( yi + yi +1 ) = h |
( y0 + y1 + y1 + y2 + y2 +... + yn −1 + yn −1 + yn ) = |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
i =0 |
i =0 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y0 + y n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
( y0 + 2 y1 + 2 y2 |
+ 2 y3 |
+.... + 2 yn−1 |
+ yn ) = h |
( |
+ ∑yi ) |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Метод Симпсона |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Определим точку x |
|
|
|
|
= x + |
h в середине элементарного отрезка [xi;xi+1] |
|
|
и значение |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
+ 12 |
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
функции в этой течке yi + 1 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Функцию φi(x) будем определять как квадратичную на отрезке [xi;xi+1], т.е. ее график должен
проходить через три смежные точки (xi,yi),(xi+1/2,yi+1/2) и (xi+1,yi+1). Функцию φi(x) можно будет представить как интерполяционный многочлен Лагранжа, построенный по трем
точкам xi, xi+1/2 и xi+1.
φi(x) = Li(x) = |
y |
(x − xi +1/ 2 )(x − xi +1) |
+ y |
(x − xi )(x − xi +1 ) |
|
+ y |
|
(x − xi )(x |
− xi +1/ 2 ) |
|
||||||||
|
|
) |
|
|
|
) |
||||||||||||
|
i (x |
− x |
)(x |
− x |
) |
i +1/ 2 |
(x |
− x )(x |
− x |
i +1 (x |
|
− x )(x |
|
− x |
||||
|
|
i |
i +1/ 2 |
i |
i +1 |
|
|
i +1/ 2 |
i i +1/ 2 |
i +1 |
|
|
i +1 |
i i +1 |
i +1/ 2 |
|
Тогда значения элементарной si и общей S площади можно вычислить как:
|
xi+1 |
|
xi+1 |
|
|
|
|
si = ∫ϕi (x)dx = |
∫Li (x)dx = |
||||||
|
xi |
|
xi |
|
|
|
|
xi+1 |
|
(x − xi +1/ 2 )(x − xi +1) |
|||||
∫ ( yi |
|
|
|
|
|
+ yi +1/ 2 |
|
(x |
− x |
)(x |
− x |
) |
|||
xi |
|
i |
i +1/ 2 |
i |
i +1 |
|
|
(x − xi )(x − xi +1) |
|
+ yi +1 |
(x − xi )(x − xi +1/ 2 ) |
|
)dx |
||||
(x |
− x )(x |
− x |
) |
(x |
− x )(x |
− x |
) |
||
i +1/ 2 |
i i +1/ 2 |
i +1 |
|
|
i +1 |
i i +1 |
i +1/ 2 |
|
|
сделаем замену переменной t = |
x − xi |
x=xi ti=0 x=xi+1/2 ti+1/2=1/2 x=xi+1 ti+1 = 1 |
h |
(С) ИиКМ РХТУ сентябрь 2003г. Калинкин Владимир Николаевич |
3 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
x = xi + ht ; dx=hdt ; (x-xi) = ht ; (x-xi+1/2) = ht − |
|
1 h = h(t − 1 ) ; (x-xi+1) = ht − h = h(t −1) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h(t − |
1 |
)h(t −1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
hth(t − |
1 |
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
hth(t −1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
si = ∫ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
yi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ yi +1 / 2 |
h |
|
|
|
|
h |
|
|
|
+ yi +1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
hdt = |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
(− |
|
h |
)(−h) |
|
|
|
|
)(− |
|
|
|
|
|
(h)( |
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
|
|
|
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
1 |
|
|
|
(t − |
|
|
)(t −1) |
) |
|
|
|
|
t(t −1) |
+ yi +1 |
t(t − |
|
|
) |
)hdt = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
( yi |
2 |
+ yi +1 / 2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
∫ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(− |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
( 2 ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4) |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h∫( yi (2t 2 −3t +1) − 4 yi +1 / 2 (t 2 −t) + yi +1 (2t 2 −t))dt = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h ( y |
(2 |
t3 |
|
−3 |
t 2 |
|
|
+ t |
|
) − 4 y |
|
|
|
( |
t3 |
|
− |
t 2 |
|
) + y |
|
|
|
|
(2 |
|
t3 |
|
|
− |
t |
2 |
|
|
) ) = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
i |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i +1/ 2 |
|
|
3 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
i +1 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
h ( y ( |
2 |
|
− |
|
3 |
+1) − y |
|
|
|
4( |
1 |
− |
1 |
) + y |
|
( |
2 |
|
− |
|
|
1 |
) ) = h( y |
|
|
1 |
|
+ y |
|
|
|
4 |
+ y |
1 |
) |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
i |
|
|
3 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i +1/ 2 |
|
|
|
3 2 |
|
|
|
|
i +1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i 6 |
|
|
i +1/ 2 6 |
i +1 6 |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
s = |
h |
(y +4y |
|
|
|
+y |
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
i |
6 |
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
i+1/ 2 |
|
|
|
|
|
|
|
i+1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
S = ∑si = ∑ |
|
( yi−1 + 4 yi−1/ 2 + yi ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
i=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
i−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
S = |
h |
( y |
0 |
|
|
+ 4 y |
|
|
|
|
|
+ 2 y |
|
+ 4 y |
3 / 2 |
|
+ 2 y |
2 |
+... + 2 y |
n−1 |
+ 4 y |
n−1/ 2 |
|
+ y |
n |
) |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1/ 2 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
примеры: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
f(x)=1/(1+x2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h=0,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(h/2)= |
|
|
|
|
|
|
|
|
0,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
PRVP |
|
|
|
PRNZ |
|
|
PRSR |
|
|
|
TRAP |
|
|
|
SIMPS |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
si=h*yi |
|
|
si=h*yi+1 |
|
si=h*yi+1/2 |
si=h*(yi+yi+1)/2 |
si=(h/6)*(yi+4yi+1/2+yi+1) |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
0,192308 |
|
0,19802 |
|
|
0,196153846 |
|
0,197397817 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1/2 |
|
0,1 |
|
|
|
0,990099 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
0,2 |
|
|
|
0,961538 |
|
0,192308 |
|
0,172414 |
|
0,183486 |
|
0,182360743 |
|
0,183111073 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1+1/2 |
|
0,3 |
|
|
|
0,917431 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
0,4 |
|
|
|
0,862069 |
|
0,172414 |
|
0,147059 |
|
|
|
0,16 |
|
|
|
0,159736308 |
|
0,159912103 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2+1/2 |
|
0,5 |
|
|
|
|
|
0,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
0,6 |
|
|
|
0,735294 |
|
0,147059 |
|
0,121951 |
|
0,134228 |
|
0,134505022 |
|
0,134320466 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
3+1/2 |
|
0,7 |
|
|
|
0,671141 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
0,8 |
|
|
|
0,609756 |
|
0,121951 |
|
|
|
|
|
0,1 |
|
|
|
|
|
|
|
0,110497 |
|
0,11097561 |
|
0,110656695 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
4+1/2 |
|
0,9 |
|
|
|
0,552486 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S= |
|
|
|
0,833732 |
|
0,733732 |
0,786231 |
0,783731528 |
|
0,785398153 |
|

(С) ИиКМ РХТУ апрель 2004г. Калинкин Владимир Николаевич |
1 |
Решение уравнения с одним неизвестным |
|
Дано уравнение в виде f(x)=0, где f(x) некоторая функция переменной x. Число x* называется |
|
корнем или решением данного уравнения, если при подстановке x= x* |
в уравнение последнее |
обращается в тождество. f(x*)=0. Число x* называют также нулем функции y=f(x). |
В общем случае уравнение может иметь одно или несколько корней, как действительных, так и комплексных. Нахождение действительных корней с заданной точностью можно разбить на два этапа. Сначала корни отделяются, т.е. определяются отрезки, которые содержат по оному корню уравнения; а затем вычисляются с требуемой точностью ε. Отделение корней уравнения f(x)=0, в области определения, непрерывной функции f(x), можно осуществлять несколькими способами: табулированием - составлением таблицы из равноотстоящих значений независимой переменной и соответствующих значений функции и определение отрезков в которых смежные значения функции имеют различные знаки и следовательно содержат нулевые значения функции. строим график функции на и определяем минимальные отрезки, включающие точки пересечения графика функции с осью 0x.
уравнение f(x) заменяем равносильным ψ(x)= φ(x) строят графики функций ψ(x) и φ(x). Определяют минимальный отрезок содержащий точку пересечения графиков функций.
пример f(x) = 3*sin(2*x)-1.5*x-1=0 ψ(x)=3*sin(2*x) φ(x)=1.5*x+1
x |
f(x) |
ψ(x) |
φ(x) |
-2,000 |
4,270 |
2,270 |
-2,000 |
-1,600 |
1,575 |
0,175 |
-1,400 |
-1,200 |
-1,226 |
-2,026 |
-0,800 |
-0,800 |
-2,799 |
-2,999 |
-0,200 |
-0,400 |
-2,552 |
-2,152 |
0,400 |
0,000 |
-1,000 |
0,000 |
1,000 |
0,400 |
0,552 |
2,152 |
1,600 |
0,800 |
0,799 |
2,999 |
2,200 |
1,200 |
-0,774 |
2,026 |
2,800 |
1,600 |
-3,575 |
-0,175 |
3,400 |
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
-3 |
-2 |
-1 |
0 |
01 |
|
1 |
2 |
|
|
|
|
-1 |
0 |
|
|
ψ(x) |
|
-3 |
-2 |
-1 |
-2 |
-1 |
0 |
1 |
φ(x) |
2 |
|
|
|
-3 |
-2 |
|
f(x) |
|
|
|
|
|
-4 |
-3 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
-4 |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
-3 |
-2 |
-1 |
-1 0 |
1 |
2 |
|
|
|
|
|
ψ(x) |
|
|
|
-2 |
|
φ(x) |
|
|
|
-3 |
|
|
|
|
|
-4 |
|
|
Уточнение корня на отрезке [a,b], в котором локализован только один корень, осуществляется итерационными методами, в которых последовательно, шаг за шагом, производится уточнение начального приближения корня. Итерацией называется совокупность вычислительных операций, приводящих к новому приближенному значению корня. Если каждое последующее значение находится все ближе к точному значению, говорят, что метод сходится. В противном случае метод расходится. Поэтому возникает необходимость исследования сходимости итерационного метода. Общая итерационная формула вычисления очередного приближения имеет следующий вид xk+1=xk+h, где k=0,1,2,3,… За начальное приближение x0 принимают значение внутри заданного отрезка. Все методы уточнения корней различаются способами вычисления поправки h.

(С) ИиКМ РХТУ апрель 2004г. Калинкин Владимир Николаевич |
2 |
Метод половинного деления.
В этом методе на каждой итерации отрезок содержащий корень делится пополам и за новый отрезок для уточнения принимается одна из половин.
Алгоритм.
1.Задаем функцию f(x), отрезок [a,b] и точность ε.
2.За начальное приближение принимаем левую границу отрезка [a,b] т.е. x =a.
3.Вычисляем поправку h=(b-a)/2 и новое приближение x=x+h
4.Если f(x) = 0, то x – корень.
5.В противном случае, определяем новый отрезок [a,b]. Проверяем, если f(a)*f(x)>0, то a=x и b=b, иначе (f(a)*f(x)<0), то a=a и b=x. Далее проверяем условие окончания, если | h | ≤ 2ε, то за ответ принимаем значение равное x=(a+b)/2 и переходим на пункт 6, иначе переходим на пункт 2.
6.выводим x и f(x).
Блок-схема
начало
a, b, ε || f(x).
x := a
f(a)*f(x)>0
h := (b-a)/2 x := x+h
b := x |
|
|
|
a=x |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f(x) = 0
| h | ≤ 2ε
x := (b+a)/2
|
|
|
|
x, f(x) |
|||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
конец |
|||
Решим предыдущий пример при a= -1.6 |
b= -1.2 и ε= 0.01 т.е. 2ε = 0.02 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
b |
h |
x |
f(a) |
f(x) |
|
|
-1,6 |
-1,2 |
0,2 |
-1,4 |
1,575 |
|
0,095 |
|
-1,4 |
-1,2 |
0,1 |
-1,3 |
0,095 |
|
-0,597 |
|
-1,4 |
-1,3 |
0,05 |
-1,35 |
0,095 |
|
-0,257 |
|
-1,4 |
-1,35 |
0,025 |
-1,375 |
0,095 |
|
-0,082 |
|
-1,4 |
-1,375 |
0,0125 |
-1,3875 |
0,095 |
|
0,006 |
|
-1,3875 |
-1,375 |
|
-1,38125 |
|
|
-0,038 |
|
x=-1,38125±0.01 |
f(x) = -0,038 (невязка) |
|

(С) ИиКМ РХТУ апрель 2004г. Калинкин Владимир Николаевич |
3 |
Метод Ньютона или касательных.
В этом методе, на каждой итерации, за новое приближение к корню xk+1 принимается точка пересечения касательной к графику, построенной в точке f(xk) с осью x. За начальное приближение к корню x0 принимаем одну из границ отрезка [a; b], содержащего один корень. Если новое приближение выходит за границы интервала, то надо выбрать новое начальное приближение и если это не помогает надо попробовать уменьшить отрезок поиска в два раза и повторить поиск методом Ньютона.
Графическая иллюстрация.
40 |
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
f(x0) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
f(x2) |
f(x1) |
|
|
|
|
|
|
β |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
-10 |
|
x2 |
x1 |
|
x0 |
|
|
-20 |
|
|
|
|
|
|
|
-30 |
|
|
|
|
|
|
|
-40 |
|
|
|
|
|
|
|
Вычислим значение приближения x1. |
|
|
|
|
Обозначим h0 = x0-x1 и x1 = x0-h0, тогда тангенс угла β (касательной в точке f(x0) и осью x) равен
tg(β) = |
f (x0 ) |
= f '(x ) и h = |
f (x0 ) |
и окончательно x1 = x0 – h0 = x0 - |
f (x0 ) |
|
|
||||||
|
|
|
||||
|
h |
0 |
0 |
f '(x0 ) |
f '(x0 ) |
|
|
|
|
аналогично рассчитываются последующие приближения к корню x2, x3, x4, ……..
алгоритм
1.Задаем функцию f(x) отрезок [a;b] и точность ε. За начальное приближение x принимаем одну из границ заданного отрезка [a,b] x=b.
2.Вычисляем приращение значение шага h, как h = ff '((xx)) и новое приближение, как x = x-h.
3.Проверяем если a ≥ x ≥ b , то x = a и повторяем с пункта 2.
4.Иначе проверяем условие окончания если | h | ≤ ε, то выводим последнее значение x и f(x). Иначе перейдем на пункт 2

(С) ИиКМ РХТУ апрель 2004г. Калинкин Владимир Николаевич |
4 |
Блок схема:
начало
x, ε || f(x).
h :=f(x)/f’(x) x := x-h
|
нет |
да |
|
|
|
нет |
да |
||||||
|
|
|
|
|
a≤ x ≤b |
|
|
|
|
|
| h | ≤ ε |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Задать новое |
|
|
|
x, f(x) |
|
|
|||||||
начальное |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
приближение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
конец
Пример a = -1.6 b = -1.2 ε = 0.01 f(x)=3sin(2x)-1.5x-1 f'(x)=6cos(2x)-1.5 x=a=1.6
x |
f(x) |
f'(x) |
h |
(x) |
-1,6 |
1,57512243 |
-7,48976865 |
-0,21030322 |
-1,38969678 |
-1,389696780,02155069 |
-7,11071928 |
-0,00303073 |
-1,38666605 |
Ответ: x = 1,38666605 0.01 f(x)=0,0000012
Метод простых итераций.
Пусть задано нелинейное уравнение f(x)=0, отрезок [a;b], который включает корень данного уравнения, т.е. f(a)*f(b)<0 и точность ε, с которой требуется уточнить значения корня. Преобразуем исходное уравнение к эквивалентному виду x=ϕ(x). Последовательность x0, x1, x2, ……,xi,… называть итерационной, где xi+1 выражается через элемент xi по рекуррентной формуле xi = ϕ (xi-1), т.е. x1 = ϕ (x0), x2 = ϕ (x1), x3 = ϕ (x2),…… за x0 принимают любое число на заданном отрезке [a;b]. Говорят, что итерационный метод сходится, если последовательность {xi} имеет
предел при i → ∞ . Для определения условия сходимости определим ∆xi = xi+1 - xi = ϕ(xi)- ϕ(xi-1) и применим теорему о среднем, тогда xi+1 - xi = ϕ’(ξ)*(xi - xi-1). Необходимо чтобы модуль разности
|xi+1 - xi| был меньше чем |xi - xi-1|, а это справедливо только при |ϕ’(ξ)| < 1, т.е. максимальная производная на заданном отрезке должна быть меньше единицы. Так для решения квадратного
уравнения x2=a можно положить ϕ(x)=a/x или ϕ(x)=(1/2)(x+a/x) и соответствующие итерационные формулы будут иметь вид xi+1=a/xi и xi+1=(1/2)(xi +a/xi). В первом случаи метод не сходится, а во втором сходится.

(С) ИиКМ РХТУ апрель 2004г. Калинкин Владимир Николаевич |
5 |
Общий подход для получения итерационной формулы f(x)=0; помножим обе части |
|
уравнения на множитель β, получим βf(x)=0 и прибавим к обеим частям по x. Окончательная |
|
итерационная формула будет иметь вид x= x+βf(x). Функция ϕ(x)= x+βf(x); |
ϕ’(x)=1+βf’(x); |
|1+βf’(x)|<1;
-1 < 1+βf’(x) < 1; -2 < βf’(x) < 0. Мы должны выбрать максимальную по модулю производную на
заданном отрезке. Тогда, если |f'(b)|>|f'(a)| |
β = -2/f’(b), |
|||||||||||
иначе β = -2/ f”(a) |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
начало |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a,b,ε || f(x),f’(x) |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|f’(b)|>|f’(a)| |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
β := -2/f’(a) |
|
β := -2/f’(b) |
|||||||||
|
x:=a |
|
|
|
|
x:=b |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h:= βf(x) x := x+h
a≤ x ≤b
Задать новое
начальное | h | ≤ ε приближение
x, f(x)
конец
Пример: |
|
|
|
|
|
f(x) = 3sin(2x)-1.5x-1 |
f'(x)=6cos(2x)-1.5 |
ε=0.01 a = -1,6 |
b = -1,2 |
||
f'(a) = -7,489 |
f'(b) = -5,924 |
λ = 0,267 ≈ 0.2 |
|
||
xi+1 = xi +λ(3sin(2x)-1.5x-1) |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
i |
xi |
f(xi) |
h |
ϕ(xi) |
0-1,6 1,57512243 0,315024486-1,28497551
1-1,28497551-0,69557695 -0,13911539 -1,4240909
2-1,4240909 0,2684794250,053695885-1,37039502
3-1,37039502-0,11487989 -0,02297598 -1,393371
4-1,393371 0,0477055050,009541101-1,3838299 -1,3838299 -0,02009317
Ответ: x = -1,384±0.01 |
f(x) = -0,020 |