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文檔簡(jiǎn)介
第二章非線性方程求根/*SolutionsofNonlinearEquations
*/§1多項(xiàng)式基礎(chǔ)/*Polynomials*/(自習(xí))§2二分法/*BisectionMethod*/求
f(x)=0的根原理:若f
C[a,b],且f(a)·f(b)<0,則f
在(a,b)上必有一根?!?BisectionMethodabx1x2abWhentostop?或不能保證
x
的精度x*2xx*§2BisectionMethod誤差分析:第1步產(chǎn)生的有誤差第k步產(chǎn)生的xk
有誤差對(duì)于給定的精度
,可估計(jì)二分法所需的步數(shù)k:①簡(jiǎn)單;②對(duì)f(x)
要求不高(只要連續(xù)即可).①無法求復(fù)根及重根②收斂慢
注:用二分法求根,最好先給出f(x)
草圖以確定根的大概位置。或用搜索程序,將[a,b]分為若干小區(qū)間,對(duì)每一個(gè)滿足f(ak)·f(bk)<0的區(qū)間調(diào)用二分法程序,可找出區(qū)間[a,b]內(nèi)的多個(gè)根,且不必要求f(a)·f(b)<0。HW:p.16#1§2BisectionMethodLab02.BisectionMethodUsetheBisectionmethodtofindonmgivenintervalsthemrealrootsofagivenpolynomialofdegree5
n
m,.InputThereareseveralsetsofinputs.Foreachset: The1stlinecontainsanintegernwhichisthedegreeofapolynomial.n=1signalstheendoffile. The2ndlinecontainsn+1realnumberswhicharethecoefficientsofthepolynomial.Thenumbersareseparatedbyspaces. The3rdlinecontainsanintegerMaxandtworealnumberseps1andeps2,whereMaxisthemaximumnumberofiterations,eps1istheaccuracyboundforxandeps2istheaccuracyboundforp(x). The4thlinecontainsanintegerm(n
m
0),followedbympairsofrealnumbersa1
b1…ambmwhicharetheendpointsoftheintervals[a1,b1]…[am
,bm].Output
EachrootistobeprintedasintheCfprintf:fprintf(outfile,"%12.7f",root);/*hererepresentsaspace*/Ifthereisnorootfoundinaninterval,simplyprint“noroot”.Theoutputofthenextsetmustbeprintedinanewline.SampleInput(representsaspace)210110000.000000010.00000001220.50.523100110000.000000010.00000001210021SampleOutput(representsaspace)1.00000001.0000000noroot1.0000000§2BisectionMethod
試位法
/*RegulaFalsiMethod*/ab(a+b)/2x*(a,f(a))(b,f(b))IsitreallybetterthanBisectionMethod?注:試位法每次迭代比二分法多算一次乘法,而且不保證收斂。§2BisectionMethod§3迭代法/*Fixed-PointIteration
*/f(x)=0x=g(x)等價(jià)變換f(x)的根g(x)的不動(dòng)點(diǎn)思路從一個(gè)初值x0
出發(fā),計(jì)算x1=g(x0),x2=g(x1),…,xk+1=g(xk),…若收斂,即存在x*使得
,且g連續(xù),則由可知x*=g(x*),即x*是g的不動(dòng)點(diǎn),也就是f
的根。Sobasicallywearedone!Ican’tbelieveit’ssosimple!What’stheproblem?Ohyeah?Whotellsyouthatthemethodisconvergent?§3Fixed-PointIterationxyy=xxyy=xxyy=xxyy=xx*x*x*x*y=g(x)y=g(x)y=g(x)y=g(x)x0p0x1p1x0p0x1p1x0p0x1p1x0p0x1p1§3Fixed-PointIteration定理考慮方程x=g(x),g(x)C[a,b],若(I)當(dāng)x[a,b]時(shí),g(x)[a,b];(II)0L<1使得
|g’(x)|L<1對(duì)x[a,b]成立。則任取x0[a,b],由xk+1=g(xk)得到的序列收斂于g(x)在[a,b]上的唯一不動(dòng)點(diǎn)。并且有誤差估計(jì)式:(k=1,2,…)且存在極限k§3Fixed-PointIteration證明:①g(x)在[a,b]上存在不動(dòng)點(diǎn)?令有根②不動(dòng)點(diǎn)唯一?反證:若不然,設(shè)還有,則在和之間。而③當(dāng)k
時(shí),
xk收斂到x*?§3Fixed-PointIteration④⑤⑥可用來控制收斂精度L越收斂越快小注:定理?xiàng)l件非必要條件,可將[a,b]縮小,定義局部收斂性:若在x*的某領(lǐng)域B={x||xx*|}有g(shù)C1[a,b]且|g’(x*)|<1,則由x0B開始的迭代收斂。即調(diào)整初值可得到收斂的結(jié)果。§3Fixed-PointIterationAlgorithm:Fixed-PointIterationFindasolutiontox=g(x)givenaninitialapproximationx0.Input:initialapproximationx0;toleranceTOL;maximumnumberofiterationsNmax.Output:approximatesolutionxormessageoffailure.Step1Seti=1;Step2While(iNmax)dosteps3-6
Step3Setx=g(x0);/*computexi*/
Step4If|xx0|<TOLthenOutput(x);/*successful*/ STOP;
Step5Seti++;
Step6Setx0=x;/*updatex0*/Step7Output(ThemethodfailedafterNmaxiterations);/*unsuccessful*/ STOP.當(dāng)x很大時(shí),此處可改為§3Fixed-PointIteration改進(jìn)、加速收斂/*acceleratingconvergence*/
待定參數(shù)法:若
|g’(x)|1,則將x=g(x)等價(jià)地改造為求K,使得例:求在(1,2)的實(shí)根。如果用進(jìn)行迭代,則在(1,2)中有現(xiàn)令希望,即
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