Метод Ньютона и его модификации
2. Модификации метода Ньютона
Теоремы 1 и 2 и формула (5) предполагают, что производная функции f(x) внутри отрезка [a, b] не обращается в нуль. Если число x - кратный корень уравнения (1) то f (x) =0. Но итерационный процесс Ньютона сходится, когда x кратный корень уравнения (4), но сходимость линейная. Если известен m - показатель кратности корня x, то рекомендуется вести вычисление по формуле:
. (10)
Такую модификацию называют методом Ньютона-Шредера.
Для уменьшения затрат, связанных с вычислением производной вычисление можно вести по формуле:
. (11)
Такую модификацию называют упрощенным методом Ньютона. Этот метод утрачивает высокую сходимость.
Вместо производной в формуле (5) берут ее приближенное значение по формуле
.
Это приводит к так называемому разностному методу Ньютона:
Рисунок 2
. (12)
Параметр hk связывается с номером итерации.
Если взять параметр hk = xk -1 - xk , то получим формулу
, (12)
где числа x0 и x1 должны задаваться. Такую модификацию называют двух шаговым методом Ньютона или методом секущих.
Метод секущих обеспечивает за два шага квадратичную сходимость, но худшую сходимость, чем метод Ньютона. Число x1 выбирается близким к числу x0. Окончание счета контролируют малостью модулей невязок |f(xk)|, или поправок | xk -1 - xk |.
Алгоритм нахождения корня методом Ньютона.
Ввод: Функция f(х), производная f(х), точность вычисления e корня, допуск d - малое число, связанное с реальной точностью вычисления f(х), f(х). Промежуток [a, b] существования корня.
Вывод: корень с уравнения.
c:=a; если f(c)*f (c) < 0, то c:=b;
1. d:= c -f(c)/f (c));
если |c - d| <e, то конец
в противном случае вычислить f(c);
если |f(c)| <d, то конец
идти к шагу 1.
Пример. Методом Ньютона найти корень уравнение x2 - sin x - 1 = 0 (точность 0,01) в интервале (1, p). Имеем f(х) = x2 - sin x - 1, a = 1, b = p » 3,1416, e = 0,01, d = 0,001. Находим f (х) = 2x - cos x, f (х) = 2 - sin x, c = b.
Таблица 1
Шаг |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
c |
3,1416 |
1,9238 |
1,5034 |
1,4141 |
1,4096 |
|
f(c) |
8,8700 |
1,7626 |
0,2626 |
0,0121 |
- |
|
f (c) |
7,2832 |
4,1932 |
2,9396 |
2,6722 |
- |
Корень уравнения: x = 1,41 ±0,01 .