对于方程f(x)=x°-3x+2=0 可以有以下多种不动点迭代方式: f(x)=x°-3x+2=0 2(x)=√/3x-2 2x-3 (1)对于根x=2,通过|e(2)|,(i=1,2,3,4)分析各个算法的收敛特性。 (2)用程序验证分析的结果.
时间: 2024-09-19 20:08:17 浏览: 47
对于方程 \( f(x) = x^3 - 3x + 2 = 0 \),不动点迭代法是一种数值解一元非线性方程的常用技术,它假设存在一个实数 \( r \) 使得 \( f(r) = r \),即 \( r \) 是 \( f(x) \) 的一个零点。以下是三种不同的迭代公式:
1. 直接迭代:\( x_{n+1} = f(x_n) = x_n^3 - 3x_n + 2 \)
2. Newton-Raphson方法:\( x_{n+1} = x_n - \frac{f(x_n)}{f'(x_n)} = x_n - \frac{x_n^3 - 3x_n + 2}{3x_n^2 - 3} \)
3. 平方根迭代:\( x_{n+1} = \sqrt[3]{\frac{x_n^2 - 2}{3}} \) 或者更准确地写作 \( x_{n+1} = \frac{1}{3}(x_n + \frac{2}{x_n}) \)
现在我们来看(1)部分:
- 分析收敛特性通常涉及计算每个迭代函数在 \( x=2 \) 处的导数 \( f'(2) \) 和迭代过程的邻域内的局部行为。如果 \( |f'(2)| < 1 \),那么对应的方法在 \( x=2 \) 点附近收敛;若 \( |f'(2)| > 1 \),则可能会发散;等于1则可能是条件收敛或振荡。
具体到这三个例子:
- 直接迭代 \( f'(2) = 6 \),由于 \( |6| > 1 \),在 \( x=2 \) 处可能会发散。
- Newton-Raphson方法需要求导 \( f'(x_n) \),然后计算 \( x=2 \) 附近的值。如果初始猜测 \( x_0 \) 很接近 \( x=2 \),这个方法应该收敛。
- 平方根迭代 \( \sqrt[3]{\frac{(2)^2 - 2}{3}} \approx 1.25 \neq 2 \),所以不是直接指向根,但如果是从其他点开始迭代,可能在一定次数下收敛。
(2)验证这部分通常是编程任务,你可以编写一个简单的循环,在每次迭代后检查 \( |x_{n+1} - x_n| \) 是否足够小以判断是否达到预定精度。比如,用Python来模拟:
```python
import math
def iterateNewtonRaphson(x):
return x - (x**3 - 3*x + 2) / (3*x**2 - 3)
def iterateSquareRoot(x):
return (x**2 - 2) / (3 * x)
# 定义初始猜测和精度阈值
x_start = 2
tolerance = 1e-6
for i in range(4): # 指定四次迭代
for method, name in [(iterateNewtonRaphson, "Newton-Raphson"), (lambda x: x**3 - 3*x + 2, "Direct Iteration"), (iterateSquareRoot, "Square Root Iteration")]:
x_new = method(x_start)
error = abs(x_new - 2)
print(f"{name}: {x_new:.8f}, Error: {error:.8f}")
if error < tolerance:
break
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