用c语言使用牛顿迭代法求方程f(x)=x^3-2x-5=0的近似值,并给出近似根,初始区间,迭代次数,程序终止准则,最后验证收敛速度。
时间: 2024-02-29 19:53:02 浏览: 67
好的,我会根据你的要求回答你的问题。首先,我们需要知道牛顿迭代法的公式:
$$x_{n+1}=x_n-\frac{f(x_n)}{f\prime(x_n)}$$
其中,$x_n$ 表示迭代到第 $n$ 次时的近似根,$f(x_n)$ 和 $f\prime(x_n)$ 分别表示函数 $f(x)$ 在 $x_n$ 处的函数值和导数值。
现在,我们来解决你的问题:
1. 初始区间:我们可以选择 $[1, 2]$ 作为初始区间。
2. 程序终止准则:我们可以使用迭代次数和误差两个准则来终止程序。具体来说,当迭代次数达到一定值或者当前近似根与上一次的近似根之差小于某个给定的误差值时,就可以终止程序。
3. 牛顿迭代法求解:根据公式,我们可以写出牛顿迭代法的代码:
```c
#include <stdio.h>
#include <math.h>
double f(double x) {
return pow(x, 3) - 2 * x - 5;
}
double f_prime(double x) {
return 3 * pow(x, 2) - 2;
}
int main() {
double a = 1, b = 2; // 初始区间
double x0 = (a + b) / 2; // 取中点作为初始近似根
double eps = 1e-5; // 误差限制
int max_iter = 100; // 最大迭代次数
int iter = 0;
double x1 = x0, x2;
do {
x2 = x1 - f(x1) / f_prime(x1);
iter++;
if (fabs(x2 - x1) < eps || iter >= max_iter) {
break;
}
x1 = x2;
} while (1);
printf("近似根为:%lf\n", x2);
printf("迭代次数为:%d\n", iter);
printf("误差为:%lf\n", fabs(x2 - x1));
return 0;
}
```
4. 收敛速度验证:我们可以根据牛顿迭代法的理论收敛速度公式 $|x_{n+1}-\alpha|\leq \frac{K}{2}|x_n-\alpha|^2$ 来验证收敛速度。其中,$K=\max_{x\in[a,b]}|f''(x)|$ 为函数 $f(x)$ 在 $[a,b]$ 区间内的最大二阶导数。
由于 $f(x)=x^3-2x-5$,可以得到 $f''(x)=6x$,因此 $K=6b$,取 $b=2$,则有 $K=12$。
根据迭代公式,可以得到:
$$|x_{n+1}-\alpha|\leq \frac{K}{2}|x_n-\alpha|^2$$
$$\Rightarrow|x_{n+1}-\alpha|\leq \frac{12}{2}|x_n-\alpha|^2$$
$$\Rightarrow|x_{n+1}-\alpha|\leq 6|x_n-\alpha|^2$$
因此,我们可以验证牛顿迭代法的收敛速度是否符合理论上的要求。
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