Метод половинного деления
Для применения метода половинного деления необходимо установить окрестность или отрезок [a, b], на котором расположен один из корней уравнения, который необходимо уточнить с погрешностью Е (рис.1).
Рис. 1. Метод половинного деления.
Пусть дано уравнение , где непрерывна на отрезке [a, b] и .
Метод половинного деления, или дихотомии, заключается в следующем. Для нахождения корня уравнения, принадлежащего отрезку [a, b], делим отрезок пополам, т.е. выбираем начальное приближение, равное:
и вычисляем значение функции . Если , то является корнем уравнения. Если , то выбираем, одну из двух частей отрезка или для дальнейшего уточнения корня. Естественно, что корень будет находиться в той половине отрезка, на концах которого функция имеет разные знаки, а именно проверяем условие: . На рис.1 это будет отрезок , т. е. для очередного шага уточнения точку b перемещаем в середину отрезка (b= ) и продолжаем процесс деления как с первоначальным отрезком [a, b].
Итерационный (повторяющийся) процесс деления будет продолжаться до тех пор, пока не будет выполнено условие:
.
За приближенное решение принимается средняя точка последнего промежутка.
Таким образом, для реализации метода дихотомии необходимо:
Задать в явном виде уравнение , корни которого необходимо определить.
Определить начальный интервал [a, b], внутри которого лежит корень.
Задать точность нахождения корня уравнения .
Реализовать в программе итерационную процедуру, описанную выше.
Метод Ньютона
Предположим, что у нас определено начальное приближение х0 к одному из корней уравнения (1). Тогда в точке х0 можно вычислить левую часть решаемого уравнения .
Метод Ньютона
Рассмотрение метода Ньютона начнем с его геометрического представления. Возьмем точку х0 отрезка [a, b] и проведем в точке P0 с координатами касательную к кривой y= до пересечения с осью 0х. Получим значение х1, в котором касательная пересекает ось 0x. Угловой коэффициент касательной равен значению производной от функции в точке касания. Следовательно, уравнение касательной, проходящей через точку с координатами имеет вид :
.
Полагая y=0, находим точку пересечения касательной с осью 0х, которую обозначим через х1:
Абсциссу х1 точки пересечения можно взять в качестве приближенного значения корня. Проведя касательную через новую точку с координатами и находя точку ее пересечения с осью 0х, получим второе приближения корня х2 . Аналогично определяются последующие приближения.
Следующие приближения находим соответственно по формулам:
……………………
В общем случае для k-го шага итерационного процесса последнее соотношение принимает вид:
(2)
Из формулы (2) вытекает необходимость вычисления значения производной функции в каждой точке. Процесс нахождения корня может считаться законченным, когда модуль отношения значения функции в точке xk к ее производной меньше заданной величины погрешности , т.е. когда выполняется следующее условие:
(3)
Таким образом, для реализации метода Ньютона необходимо:
Задать в явном виде уравнение , корни которого необходимо определить.
Определить первую производную функции в аналитическом виде.
Определить начальное приближение х0, обеспечивающее быструю сходимость метода.
Задать точность нахождения корня уравнения .
Реализовать в программе итерационную процедуру, реализующую формулу (2).