Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
6_-_Reshenie_nelineynykh_uravneny.doc
Скачиваний:
5
Добавлен:
18.09.2019
Размер:
584.7 Кб
Скачать

6.2.1. Метод деления отрезка пополам. Метод половинного деления. Метод дихотомии. Метод бисекции.

Один из простейших методов. Довольно медленный, однако он всегда сходится, то есть при его использовании решение получается всегда, причем с заданной точностью (разумеется, в рамках разрядности ЭВМ). Требуемые обычно большее число итераций по сравнению с некоторыми другими методами не является препятствием к применению этого метода, если вычисление значения f(x) несложно.

Суть метода в следующем:

В качестве х0 принимаем середину отрезка [a,b]

Далее исследуем функцию f(x) на отрезках [a0], [х0,b], точнее на концах этих отрезков. Тот из них, для которого выполняется теорема 1 содержит искомый корень. Отрезок, для которого теорема 1 не выполняется отбрасываем.

То есть, если f(a)f(x0)<0, то b=x0, [х0,b]

если f(x0)f(b)<0, то a=x0, [a,х0]

Далее в качестве x1 принимаем середину нового отрезка и так далее. Таким образом, после каждой итерации, отрезок, на котором расположен корень уменьшается вдвое, то есть после n итераций он сокращается в 2n раз.

Итерационный процесс продолжаем до тех пор, пока значение функции

или длина отрезка [a,b] на i-той итерации

не станет меньше по модулю некоторого заданного малого числа.

6.2.2. Метод пропорциональных частей Метод хорд

Алгоритм метода хорд и метода дихотомии похожи, но метод хорд в ряде случаев дает более быструю сходимость итерационного процесса. Успех применения этого метода, как и метода дихотомии, гарантирован.

выпукла вниз выпукла вверх

В данном методе процесс итераций состоит в том, что в качестве приближения к корню принимают значения х1, х2,…,являющихся абсциссами точек пересечения хорды АВ с осью абсцисс

Уравнение хорды АВ

Для точки пересечения хорды с осью на первой итерации х=х1 и у=0.

Далее рассматривая отрезки [a1], [х1,b], оставляем тот из них для которого выполняется теорема 1, второй при этом отбрасываем.

Итерационный процесс продолжается до тех пор, пока, как и для метода дихотомии,

или .

Для рассмотренного рисунка видно, что конец отрезка b является неподвижным.

Для случая

выпукла вниз выпукла вверх

неподвижным остается конец отрезка а.

Рассмотрим формулу метода хорд отдельно для каждого из случаев 1 и 2.

Для случая 1 (неподвижен конец b)

Для случая 2 (неподвижен конец а)

Для того, чтобы воспользоваться этими формулами без анализа графической картины функции f(x) необходимо следовать правилу

- неподвижен тот конец, для которого знак функции совпадает со знаком ее второй производной.

неподвижен a, x0=b

неподвижен b, x0=a

Естественно при этом требуется вычислить значении

При использовании этих формул условие окончания вычислений

или

6.2.3. Метод Ньютона. Метод касательных

Алгоритм метода Ньютона схож с алгоритмом метода хорд. Отличие состоит в том, что на некоторой итерации вместо хорды проводится касательная к графику функции f(x) при x=a или x=b и отыскивается абсцисса точки пересечения касательной с осью .

Уравнение касательных по формуле Тейлора

Для точки пересечения касательной с осью на первой итерации х=х1 у=0

Далее проверяем значения функции на концах отрезка [a1], [х1,b] и оставляем тот из концов отрезка, для которого выполняется теорема 1.

На рисунке видно, что для данного поведения функции конец отрезка а остается неподвижным.

На рисунке

Неподвижным остается конец b.

Таким образом, также как и для метода хорд, можно написать формулу, связывающую между собой два соседних приближения корня

При этом в качестве х0 принимается тот из концов отрезка [a,b], для которого выполняется условие: значение функции и значение второй производной одинаковы по знаку

x0

x0= b

Итерационный процесс продолжается до выполнения условий

или

Из анализа расчетной формулы метода Ньютона следует, что

  1. должно быть ,

  2. На каждой итерации объем вычислений больший, чем в рассмотренных ранее методах дихотомии и хорд, так как требуется вычислить не только но и . Однако скорость сходимости этого метода значительно выше, чем в других методах.

Уменьшить количество вычислений на каждой итерации позволяет видоизмененный метод Ньютона, для которого расчетная формула имеет вид

,

то есть для получения этой формулы предположили, что . Данное предположение допустимо, если мало изменяется на отрезке [a,b].

Теоретически это означает, что мы заменяем касательную в точках с абсциссой прямыми, параллельными касательной проведенной к точке с абсциссой .

Видоизмененный метод Ньютона избавляет нас от необходимости вычислять каждый раз значение производной , что весьма полезно, если является сложной.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]