3432

Методы решения нелинейного уравнения

Лабораторная работа

Математика и математический анализ

Данное руководство предназначено для студентов, изучающих предмет «Численные методы» и выполняющих лабораторные работы по курсу «Информатика». В методических указаниях рассмотрены ряд методов нахождения корней нелинейного ура...

Русский

2012-10-31

43.57 KB

7 чел.

Данное руководство предназначено для студентов,  изучающих предмет «Численные методы»  и выполняющих лабораторные работы по курсу   «Информатика». В методических указаниях рассмотрены ряд методов нахождения корней нелинейного уравнения и приведены примеры решения задач на языке программирования и в среде Mathcad.


ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ. ОТДЕЛЕНИЕ КОРНЕЙ.

Множество значений переменной х, при которых уравнение F(x)=0 является тождеством, называется решением уравнения. При этом каждое значение х из этого множества называется корнем этого уравнения. Нахождение точных значений корней возможно, как правило, только в исключительных случаях. Поэтому большое значение имеют методы приближенного решение уравнения с заданной точностью. При этом решение задачи можно разбить на два этапа:

!) отделение корней т.е выделение промежутков внутри которых содержится только один корень уравнения;

2) вычисление корня, принадлежащего выделенному промежутку с заданной точностью.

Решение задачи отделения корней для непрерывной функции основано на том, что, если функция на концах отрезка [a,b] имеет значения разных знаков, то внутри этого отрезка функция проходит через нуль, т. е  содержится корень уравнения. Таким образом, чтобы произвести отделение корней необходимо разбить область предполагаемого нахождения корней на равные отрезки длиной h и вычислить значение функции на концах отрезка. Если будет выполнятся условие F(x)*F(x+h)<=0, то корень внутри отрезка [x,x+h]. Величина шага разбиения подбирается интуитивно; при большом шаге разбиения возможно пропустить корень; при маленьком – увеличивается время вычислений.

Ниже приведена программа на языке Паскаль, решающая задачу отделения корней для произвольной функции. ( В программе рассматривается уравнение: x3 +2*x2 – 6*x+1=0 ).

uses crt;

const m=100; {отрезок [-m,m]}

     h=0.1;  {шаг разбиения }

var x:real;

function f(x:real):real;

{функция, задающая решаемое уравнение }

begin

 f:=x*x*x+2*x*x-6*x+1;

end;

{-------------------------------------------------------------------}

begin { main }

 clrscr;

 x:=-m;

 while x<m do

   begin

     if f(x)*f(x+h)<=0 then

        begin

          { здесь следует разместить вызов функции уточняющий корень

             на отрезке [x,x+h]  }

           writeln('корень находится внутри отрезка [',x:5:1,x+h:5:1,']');

        end;

      x:=x+h;

   end;

  repeat until keypressed;

 end.

3


МЕТОД ПОЛОВИННОГО ДЕЛЕНИЯ.

Рассмотрим методы нахождения корня уравнения на заданном отрезке. Все методы предполагают, что предварительно произведено отделение корней и на отрезке находится только один корень.

Метод половинного деления состоит в том, что мы уменьшаем длину отрезка так, что корень остается внутри отрезка; процесс продолжается до тех пор, пока длина отрезка не станет меньше заданной точности. Уменьшение длины отрезка производится самым естественным образом: делением отрезка пополам и выбором той половины, внутри которой находится корень( т.е на концах которой функция имеет разный знак.)

Алгоритм:

   WHILE | a-b| > epsi

         Вычисляем середину отрезка x=(a+b)/2;

         Выбираем половину, где корень:

                 Если F(a)*F(x)<=0  то корень в [а,х], поэтому b переносим в x b=x   

                 Если F(b)*F(x)<=0  то корень в [b,х], поэтому a переносим в x a=x

    END

МЕТОД НЬЮТОНА (КАСАТЕЛЬНЫХ).

Суть метода:

 За начальное приближение принимается какая-либо точка заданного отрезка, для которой     ;

 Из этой точки проводится касательная к графику функции F(x). Уравнение касательной  

Точка пересечения касательной с осью 0X (y=0) задает следующее приближение  

 Процесс продолжается до тех пор пока расстояние между двумя последовательными приближениями не станет меньше заданной точности
|xi-1-xi|<epsi

Условия применимости метода:

  В интервале есть корень

  В интервале существуют  

  За начальное приближение принимается точка, в которой

Алгоритм

 X0 – начальное приближение

 X1 – последующее приближение

 F(x) – функция, задающая уравнение

 Fp(x) – производная

 X1=a x2=0 { необходимо для первоначальной проверки условия цикла}

 WHILE |X1-X0|>epsi

     X0=X1

     X1=X0-F(X0)/Fp(X0)

 END.

4


РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ В MATHCAD.

Для решения уравнения необходимо прежде всего построить график функции, задающий уравнение и по графику визуально определить начальное приближение корня.

Уточнение корня производится стандартной функцией

 root(F(x),x),

 где F(x) – функция, задающий уравнение.

        x –  имя переменной, варьируя которую ищется корень; перед использованием переменной обязательно должно быть присвоено начальное значение; для уравнения с несколькими корнями, ищется  корень, наиболее близкий к начальному значению.

Пример решения уравнения x3 +2*x2 – 6*x+1=0

Решение кубического уравнения

   

График

Уточнение графика на интервале 0 ..2

C помощью функции root ( требуется начальное приближение)

   

      

      

5


Примеры написание программ

Метод половинного деления

Метод Ньютона


ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ.

Требуется решить уравнение в Mathcadе, написать и отладить программу нахождения всех корней уравнения, предложенным преподавателем методом.

1. 2*x3+12*x2+13*x+15=0

2. 2*x3-3*x2+4*x+9=0

3.  x3-4*x2-4*x-5=0

4. 2*x4+3*x3+8*x2+6*x+5=0  

5. 2*x4-3*x3+2*x2-15*x+14=0

6. 15*x4-4*x3-6*x2-4*x-1=0

7. 2*x4-x3+3*x2-x+1=0

8. x4+3*x3-44*x2+15*x+25=0

9. 6*x4+25*x3+12*x2-25*x+6=0

10. x4-2*x3-11*x2+12*x+36=0

11. 100*x3+45*x2-12*x+2.5=0

12. 10*x3+20*x2-0.1*x-0.2=0

13.  x3+4.05*x2-0.03*x+0.02=0

14.  x3+79.9*x2-1988*x-200=0

15.  x3-4.6*x2-52*x-20=0

16.  x3-0.5*x2-0.5*x=0

17. 200*x3+78*x2-41.2*x+0.42=0

18. 2*x3-0.6*x2+0.06*x-0.002=0

19. 0.5*x3-2.3*x2-26*x-10=0

20. -0.1*x3+0.405*x2+0.003*x-0.002=0

ЛИТЕРАТУРА.

1. Mathcad 6.0 plus. Руководство пользователя. М., Филинъ.1998.

2. Ракитин В. И. , Первушин В.Е. Практическое руководство по методам вычислений. М., Высшая школа 1998.

3. Попов В. Б.  Turbo Pascal 7.0 для школьников

М.; Финансы и статистика, 1996. -464


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

43881. Организация управленческого учета на примере ООО «Фабрика мебели «Роникон» 840 KB
  Теоретические основы управленческого учета Сущность субъект и объект цели и задачи методы и принципы управленческого учета Пути совершенствования системы управленческого учета на ООО Фабрика мебели Роникон
43882. Визначення та наукове обгрунтування психолого-педагогічних умов подолання особистісної тривожності у дітей молодшого шкільного віку та пятикласників 959.5 KB
  Підходи науковців до реалізації наступності зорієнтовані передусім на інтеграцію двох ланок освіти, усунення суперечок між запитами школи і амбіційним завищеними вимогами окремих батьків щодо підготовки їхніх дітей; між непідготовленістю окремих учнів, які не відвідували дошкільних установ, і необхідністю враховувати специфіку дошкільної освіти.
43883. Экономика и управление на предприятии АПК». Методические указания 605 KB
  В методических указаниях рассматриваются вопросы подготовки написания процедуры защиты дипломных работ раскрыты требования по оформлению работы. ПОДГОТОВКА КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ Выбор темы дипломной работы Назначение руководителя дипломной работы и выдача дипломного задания.
43884. Створення когнітивно-семантичного підґрунтя вибору варіантів перекладу одиниць на позначення концепту “Кількість” 249 KB
  Кількість як узагальнений когнітивний зміст великий фрагмент кодованої засобами мови картини світу того чи іншого етносу. На першому етапі необхідно чітко визначити поняття âкартина світуâ âмовна картина світуâ âконцептâ для чого слід виконати критичний аналіз наукової літератури. Новизна одержаних результатів визначається тим що в ньому виявлено спільні і відмінні ознаки репрезентації концепту âКількістьâ в англійській та українській мовних картинах світу встановлені абсолютні і варіантні еквіваленти перекладу в...
43885. Проектування поліграфічного підприємства 3.18 MB
  Вибір напруги живлячої мережі. Вибір напруги розподільчої мережі. Характеристика джерела живлення Підприємство можна заживити від районних підстанцій що мають три рівні напруги.
43886. Изучение и систематизация теоретических аспектов организации финансов на ООО "Компания ОГАТ" 599 KB
  Финансы предприятий будучи частью общей системы финансовых отношений отражают процесс образования распределения и использования доходов на предприятиях различных отраслей народного хозяйства и тесно связаны с предпринимательством поскольку предприятие является формой предпринимательской деятельности. Целью данной дипломной работы является систематизация теоретических аспектов организации финансов на предприятиях различных форм собственности изучение аналитических сведений практической деятельности финансового состояния конкретного...
43887. Оценка уровня организации и планирования работы транспортного хозяйства на предприятии ТЧУП «Передовые технологии» на основе АВС-XYZ анализа 878 KB
  Структура и динамика грузов перевозимых предприятием и их характеристика Классификация грузов и грузовых перевозок предприятия на основе анализа АВС и XYZ Выбор рациональной структуры перевозимых грузов и видов грузовых перевозок на основе правила 80 20 и матрицы АВСXYZ анализа В третьей главе мы рассмотрим основные направления совершенствования транспортной деятельности предприятия за счет выбора рациональной структуры перевозимых грузов и видов грузовых перевозок на основе правила 80 20 и матрицы АВСXYZ анализа.
43888. Исследование взаимосвязей временных рядов курсов акций с помощью копула-функции и метода коинтеграции 5.8 MB
  Фондовый рынок - это составная часть финансового рынка на котором обращаются ценные бумаги. Для управления ценными бумагами важно знать их взаимосвязь между собой. В теоретической части подробно описываются сущность и содержание рынка ценных бумаг пакета акций методы определения взаимосвязи между временными рядами метод копулафункций и метод коинтеграции. Рынок ценных бумаг.
43889. РАЗРАБОТКА ПРОЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ КАДРОВОГО МЕНЕДЖМЕНТА НА ПРИМЕРЕ SRL 1.26 MB
  Основываясь на данных исследования проведенного агентством MR Reserch среди сотни быстро растущих компаний США можно утверждать что успешные и развивающиеся компании в текущем 2012 году не только не сократят а напротив увеличат свои расходы. Эксперты оценивают необходимость наличия данных качеств по семибалльной шкале которая количественно определяет не только степень необходимости но и недопустимости того или иного...