1. Метод Ньютона

Метод Ньютона-Канторовича, придатний для проведення розрахунків в Excel. Як і в методі Ньютона для нелінійних рівнянь для знаходження кореня системи нелінійних рівнянь необхідно спочатку якимсь чином знайти початкове наближення до цього кореня (тобто вектор

.)

а потім вже використовуються ітераційні формули методу проводиться його уточнення до досягнення заданої точності. Виклад методу (і його використання) зручніше проводити в матричній формі запису. При цьому, окрім векторів, , и (. (i - номер ітерації,, i  0) ) використовується також матриця A (розмірності n  n), що складається з приватних похідних по всіх компонентах вектора :

Розглянемо ці методи для випадку n=2, тобто коли рівнянь в системі два і невідомих теж дві. В цьому випадку

, та .

Ідея методу полягає в розкладанні вектор-функції в ряд Тейлора в околиці початкового наближення із збереженням тільки доданків першого ступеня. Позначимо найдене (якимсь чином) початкове приближення до шуканого кореня через .

Тоді можна приблизно записати:

, (8)

На основі формула (8) будується ітараційна формула. А саме, вибирається так, щоб .

Тоді (у загальному вигляді) ітераційна формула матиме вигляд

(9)

В методі Ньютона цю ітераційну формулу перетворять до вигляду

(10)

У координатному вигляді формула (10) представляє систему з двох рівнянь щодо двох невідомих xi+1 и yi+1.

У матричному вигляді рішення її матиме вигляд

допоміжний вектор-стовпець z, що містить n елементів.

(11)

Ітераційна формула методу в матричному записі має наступний вигляд

z_j = - A^-1 (x_j) F (x_j)

x_{j +1} = x_j + z_j, (12)

тут j - номер ітерації, - початкове наближення шуканого кореня. Процес ітерацій завершується, якщо всі елементи останнього вектора z по абсолютній величині стануть менше заданої точності (кажучи точніше, коли норма вектора z стане менше заданої точності).

Обчислення даним методом зручно проводити в Excel з використанням функцій матричної алгебри. Результати розрахунків представляються у вигляді таблиці.

Для випадку n=2 система рівнянь найчастіше має такий вигляд:

Як змінна х₁ тут виступає змінна х, а як змінна х₂ - змінна y. Матриця А, вектори F і z в цьому випадку приймуть вигляд:

А = , F = , z = ,

Порядок рішення системи нелінійних рівнянь методом Ньютона-Канторовича полягає в послідовному виконанні наступних дій:

• Знайти початкове (нульове) наближення х₀ шуканого кореня заданої системи рівнянь. Для випадку n=2 це можна зробити графічним методом, побудувавши графіки кожної з функцій і приблизно визначивши координати точок перетинів графіків.

• В цьому випадку вектор початкового наближення може мати вигляд ;

• Привести задану систему до вигляду (1), перенести все з правої частини рівняння в ліву;

• Записати в аналітичному вигляді матрицю А, використовуючи формулу (8);

• Приймемо j=0;

• Підставимо значення х_j в аналітичні вирази для матриці А і вектора F;

• Знайдемо зворотну матрицю А^-1;

• По формулах (12) знайдемо вектор z_j і вектор х_j+1;

• Знайдемо норму вектор z_j;

• Якщо норма вектора z_j більше заданої точності обчислення (норма більша за ε) - наростимо значення j на одиницю і повернемося до пункту 5 цього переліку;

• За знайдене рішення приймемо останнього набутого значення вектора х.