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(内容提要)-5--非线性问题数值解VIP免费

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第五章非线性方程数值解法一、基本内容提要1.二分法对于非线性方程,设在区间上连续,且有,则在内必有零点。不妨设。取,若,则就是原方程的解。否则,若,取;若,取,则有且在上连续,满足。重复上述过程又可得到区间,满足,且。如此继续下去,则得到一个区间序列且满足,因而均为方程的有根区间。由区间套定理,存在,使得且是方程的根。若取作为根的近似值,则误差为按上述方法求非线性方程的近似解的方法称为二分法。2.基本迭代法将方程改写成以下等价形式假若取定初始值,根据迭代公式产生迭代序列。若收敛于,在处连续,就有即是方程解。故当充分大时,可取作为方程的根的近似值。用上述迭代格式求方程近似根的方法即称为基本迭代法(PrimaryIteration),被称为迭代函数,收敛点称为的不动点,此迭代法称为不动点迭代法(FixedPointIteration)。3.收敛速度设序列收敛于,记迭代误差,如果存在正数和,使得成立,则称序列是阶收敛的,或称的收敛阶为。4.埃特金加速法(AitkenAccelerationMethod)Aitken加速法是加快已知收敛序列的收敛速度的方法,该方法思想是通过已知序列构造一个收敛更快的序列。具体过程为:设是一个线性收敛的序列,且收敛于方程的根。由若在考虑区间上变化不大,即,则有从中解出,可得记序列要比原来序列更快地收敛于,上式即被称为Aitken加速方法。5.Newton迭代法设在其零点邻近一阶连续可微,且,当充分接近时,由Taylor公式有用方程近似方程,其解可作为方程的近似解。重复以上过程,得迭代公式按照上式求方程的近似解的方法即被称为Newton迭代法。6.弦截法(Chord-SectionMethod)在Newton迭代公式中,若用差商代替导数,得到迭代公式按照上式计算方程的近似解的方法被称为弦截法。7.解非线性方程组的Newton法对于非线性方程组若记,,则方程组可简记成向量形式0如果存在向量,使,则称为非线性方程组的解。像单个方程的Newton迭代法一样,采用逐次线性化的方法构造方程组的Newton迭代法。在某个近似解处,将向量函数作泰勒(Taylor)展开,则有:从而得方程0的近似方程即其中称为向量函数的Jacobi矩阵,。线性方程组称为Newton方程组。如果的Jacobi矩阵在处非奇异,方程组有唯一解,则为方程组0的第次近似解。按上述过程求方程组0的近似解的方法称为Newton方法。

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