牛顿迭代法 二分法

时间:2022-10-27 18:48:31

牛顿迭代法

用牛顿迭代法求f(x)=0在x0附近的一个实根的方法是:
(1) 选一个接近于x的真实根的近似根x1;
(2) 通过x1求出f(x1)。在几何上就是作x=x1,交f(x)于f(x1);
(3) 过f(x1)作f(x)的切线,交x轴于x2。可以用公式求出x2。由于f'(x1)=f(x1)/(x2-x1),故x2=x1-f(x1)/f'(x1)
(4) 通过x2求出f(x2);
(5) 再过f(x2)作f(x)的切线交x轴于x2;
(6) 再通过x3求出f(x3),…一直求下去,直到接近真正的根。当两次求出的根之差|xn+1-xn|≤ε就认为 xn+1足够接近于真实根。

牛顿迭代公式是:xn+1=xn-f(xn)/f'(xn)

牛顿迭代法的关键就是计算这个迭代公式,并在程序中进行迭代运算即可。
该问题程序相对简单,就不列举了,控制一下迭代精度,直到达到需要目标即可。

有一个问题需要注意的是,该方法能够有效的基本条件是:
迭代公式必须是收敛的( 也就是通过迭代运算,每一次的结果必须是更接近真实值的)。


二分法


任取两点x1和x2,判断(x1,x2)区间内有无一个实根。如果f(x1)和f(x2)符号相反,说明(x1,x2)之间有一个实根。取(x1,x2)的中点x,检查f(x)与f(x1)是否同符号,如果不同号,说明实根在(x,x1)区间,这样就已经将寻找根的范围减少了一半了。然后用同样的办法再进一步缩小范围。再找x1与x2(x2=x)的中点“x”,并且再舍弃其一半区间。如果f(x)与f(x1)同号,则说明根在(x,x2)区间,再取x与x2的中点,并舍弃其一半区间。用这个办法不断缩小范围,直到区间相当小为止。

float fun(float x)  // 计算f(x)
{...}

int main()
{
float x1, x2, x;  //需要给定初始值,即一个大概的实根区间,要求异号
...
while(fabs(x2-x1)>1e-6)  //假设 fun(x1)>0, fun(x2)<0
{
x=(x1+x2)/2;
if(fun(x)>1e6)x1=x;
else x2=x;
}
...
return 0;
}