Информатика_Методы
.pdf21.01.2013
Геометрическое представление решения системы
|
|
у x |
при условии │g′(x)│ < 1 |
|
|||||
|
|
g( x) |
|
||||||
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
y x |
|
|
|
|
|
y x |
|
|
|
B1 |
y g( x) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A0 |
A1 |
|
B2 |
|
|
|
|
B2 |
|
|
|
M |
|
|
|
|
|
|
|
B3 |
|
|
A2 |
|
|
|
|
|
A1 |
|
|
|
A0 |
|||
|
|
|
B1 |
|
|
||||
B3 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
y g( x) |
|
M |
A2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
o x3 x2 |
x1 |
x0 x o |
x1 x3 |
|
x2 |
|
x0 |
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Итерационный процесс сходится к корню
61
61
21.01.2013
Расходящийся процесс итерации при условии │g′(x)│ > 1
y |
A2 |
|
|
y x |
|
|
y g( x) |
|
|
|
A1 B2
A0 B1
M
o x0 x1 |
x2 |
x |
62
62
21.01.2013
Условие сходимости метода
простой итерации
Процесс итерации сходится к решению уравнения x = g (х) и, соответственно,
f (х) = 0 при таких начальных значений x, для которых выполняется условие
│g′(x)│ < 1
Таким образом, в методе итераций важно правильно выбрать вид функции g (х) и значение начального
приближения x0.
63
63
21.01.2013
Уравнение f (х) = 0 можно преобразовать следующим образом:
х = х – m ∙ f (х),
где m - отличная от нуля константа. В этом случае
g (x) = х – m ∙ f(х).
Функция g (x) должна удовлетворять условию сходимости:
│g′(x)│ < 1, т. е. │1 – m ∙ f ′(х)│ < 1.
Нужно подобрать m, так чтобы для всех
x из [a, b] это условие соблюдалось.
64
64
21.01.2013
Достоинство: Простой и быстрый
метод.
Недостатки: Не всегда сходится к решению. Требует
предварительной подготовки
(преобразование исходного уравнения)
65
65
21.01.2013
Пример. Уточнить корень уравнения
f (x) = x3 – х – 1 = 0,
лежащий на отрезке [1; 2] с точностью ε = |
0,01. |
||||||||||||||||||||||||||||||||
Преобразуем уравнение к виду x = g (x) : |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
Вариант 1 |
|
|
|
|
|
|
x = x3 – 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Здесь g (x) = x3 – 1 |
|
|
и g'(x) = 3x2 , |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
g'(x) ≥ 3 при 1 < x < 2 - условие сходимости не |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
выполняется. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Вариант 2 |
|
|
|
|
|
|
x 3 |
|
|
|
x 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Здесь g( x) |
3 |
|
x 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
и g ( x) |
|
|
|
|
, |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
3 ( x |
|
1)2 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при 1 < x < 2 - |
сходимость обеспечивается. |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
0 g ( x) |
33 |
4 |
|
|
|
4 |
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Возьмем x0 = 1. Последовательные приближения вычислим |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
по формуле |
x |
i 1 |
3 |
x |
i |
1, |
i 0, 1, 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
1,312 , |
|
|
1,322 , |
|
|
1,3243. |
||||||||||||||||||||||
Получим x 3 1 1 1,260 , |
x |
2 |
x |
3 |
x |
4 |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Таким образом, |
|
можно принять ξ = 1,324 с точностью ε = 0,01. 66 |
66
21.01.2013
РЕШЕНИЕ СИСТЕМЫ ЛИНЕЙНЫХ УРАВНЕНИЙ
67
67
21.01.2013
Способы решения систем линейных
уравнений делятся на две группы:
1)прямые методы (решение систем с помощью обратной
матрицы, правило Крамера,
метод Гаусса и др.);
2)итерационные методы,
позволяющие получить решение
системы с заданной точностью (метод итерации, метод Зейделя
и др.).
68
68
21.01.2013
Вследствие неизбежных
округлений результаты даже
прямых методов являются приближенными. При использовании
итерационных методов, сверх
того, добавляется погрешность метода.
Прямые методы, как правило,
имеют высокую эффективность, но в случае больших матриц они
уступают итерационным.
69
69
21.01.2013
Рассмотрим прямой метод решения СЛУ - Метод последовательных исключений неизвестных Гаусса.
Дана система из n линейных алгебраических уравнений относительно
n неизвестных |
|
х1, х2, …, хn: |
|
||||||||
a11 x1 a12 x2 |
... a1n xn |
b1 , |
|||||||||
|
|
|
a22 x2 |
... a2n xn |
b2 , |
||||||
a21 x1 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. . . . . . . . |
|
|
|
|
|||||||
a |
n1 |
x |
a |
n2 |
x |
2 |
... a |
nn |
x |
n |
b . |
|
1 |
|
|
|
|
n |
70
70