3 牛頓迭代法求解方程的根

2022-09-15 16:03:13 字數 2774 閱讀 7472

引題:用牛頓迭代法求下列方程在值等於x附近的根:2x3

−4x2

+3x−

6=02

x3−4

x2+3

x−6=

0輸入:輸入x。

輸出:方程在值等於x附近的根,佔1行。

輸入示例:1.5

輸出例項:2

1. 牛頓迭代公式推導

設多項式f(x

)f(x

),設r是f(x

)f(x

)的根。

選取x0x0

​作為r的初始近似值。

過點(x0,

f(x0

))(x

0​,f

(x0​

))做曲線y=f

(x)y

=f(x

)的切線l。得l:y=f

(x0)

+f′(

x0)(

x−x0

)y=f

(x0​

)+f′

(x0​

)(x−

x0​)

則l與x軸交點的橫座標為 x1=

x0−f

(x0)

f′(x

0)x1

​=x0

​−f′

(x0​

)f(x

0​)​

,那麼稱x1x

1​為r的一次近似值。

過點(x1,

f(x1

))(x

1​,f

(x1​

))做曲線y=f

(x)y

=f(x

)的切線,並求該切線與x軸交點的橫座標x2=

x1−f

(x1)

f′(x

1)x2

​=x1

​−f′

(x1​

)f(x

1​)​

,稱x2x2

​為r的二次近似值。

重複以上過程,得r的近似值序列。

其中,xn+

1=xn

−f(x

n)f′

(xn)

xn+1

​=xn

​−f′

(xn​

)f(x

n​)​

稱為r的n+1次近似值。

所以,xn+

1=xn

−f(x

n)f′

(xn)

xn+1

​=xn

​−f′

(xn​

)f(x

n​)​

即為牛頓迭代公式。

2. 牛頓迭代公式核心思想

核心思想:使用泰勒級數的線性項近似計算函式f(x

)=0f

(x)=

0的根。把f(x

)f(x

)在點x0x

0​的某領域內展開成泰勒級數,取其線性部分(即泰勒展開的前兩項),並令其等於0。

泰勒級數展開式:f(

x)=f

(x0)

+f′(

x0)(

x−x0

)+f′

′(x0

)(x−

x0)2

2!+…

+f(n

)(x0

)(x−

x0)n

n!+r

n(x)

f(x)

=f(x

0​)+

f′(x

0​)(

x−x0

​)+2

!f′′

(x0​

)(x−

x0​)

2​+…

+n!f

(n)(

x0​)

(x−x

0​)n

​+rn

​(x)

線性部分:f(

x)=f

(x0)

+f′(

x0)(

x−x0

)f(x

)=f(

x0​)

+f′(

x0​)

(x−x

0​)令其為0,並以此作為非線性方程f(x

)=0f

(x)=

0的近似方程,即切線方程,得到公式:x=x

0−f(

x)f′

(x)x

=x0​

−f′(

x)f(

x)​將其推廣,即可以得到牛頓迭代公式:xn+

1=xn

−f(x

n)f′

(xn)

xn+1

​=xn

​−f′

(xn​

)f(x

n​)​

#include

#include

using

namespace std;

doublef(

double x)

//函式

doublef1(

double x)

//導函式

intmain()

while(f

(x)>

1e-5||f

(x)<-(

1e+5))

;//控制精度,逼近處理

cout << x << endl;

}

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