第7章解非线性方程二分法和牛顿法.

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牛顿法、简化牛顿法与牛顿下山法、弦截法、解非线性方程组的牛顿法

河北联合大学第7章非线性方程组的数值解法§7.3 牛顿法 §7.4 简化牛顿法与牛顿下山法§7.5 弦截法 §7.6 解非线性方程组的牛顿法1. 什么是求解f x =0的牛顿法？它是否总是收敛的？若f *x =0，x *是单根，f 光滑，证明牛顿法是局部二阶收敛的。

答：按式x 1 n =x n —n n x f x f '(n=0,1,2……n )求方程f x =0的近似解的方法称为牛顿法；牛顿法不总是收敛的，它是局部收敛的；设函数()f x 在其零点*x 邻近二阶连续可微，且*()0f x ﾢﾢ，则存在0d >，使得对任意**0[,]x x x d d - �，Newton 法所产生的序列{}n x 至少二阶收敛于*x 。

证明由1() (0,1,2,)()n n n n f x x x n f x =-=ﾢL 知迭代函数为()()()f x x x f x j =-ﾢ，且有2()()()[()]f x f x x f x j ﾢﾢﾢ=ﾢ，若()f x ﾢﾢ在*x 邻近连续，则()x j ﾢ在*x 邻近连续，且****2()()()01[()]f x f x x f x j ﾢﾢﾢ==<ﾢ当迭代函数()x j在*x 邻近有r 阶连续导数，且**=()x x j ,()*()0k x j =(1,,1)k r =-L ，0)(*)( x r j 则迭代序列{}n x 在点*x 邻近是r 阶收敛的。

可知Newton 法产生的迭代序列{}n x 至少二阶收敛于*x 。

2. 什么是弦截法？试从收敛阶及每步迭代计算量与牛顿法比较其差别。

答：弦截法是函数逼近法的一种，基本思想是用区间 x x kk ,1-上的割线近似代替目标函数的导函数的曲线。

并用割线与横轴交点的横坐标作为方程根的近似。

在Newton 迭代公式中，每次计算导数运算量很大，为了避免计算导数值,用差商代替导数)(x k f,得到迭代公式按如下迭代公式计算方程的近似解称为弦截法。

解非线性方程的牛顿迭代法及其应用

解非线性方程的牛顿迭代法及其应用一、本文概述非线性方程是数学领域中的一个重要研究对象，其在实际应用中广泛存在，如物理学、工程学、经济学等领域。

求解非线性方程是一个具有挑战性的问题，因为这类方程往往没有简单的解析解，需要通过数值方法进行求解。

牛顿迭代法作为一种古老而有效的数值求解方法，对于求解非线性方程具有重要的应用价值。

本文旨在介绍牛顿迭代法的基本原理、实现步骤以及在实际问题中的应用。

我们将详细阐述牛顿迭代法的基本思想，包括其历史背景、数学原理以及收敛性分析。

我们将通过具体实例，展示牛顿迭代法的计算步骤和实际操作过程，以便读者能够更好地理解和掌握该方法。

我们将探讨牛顿迭代法在各个领域中的实际应用，包括其在物理学、工程学、经济学等领域中的典型应用案例，以及在实际应用中可能遇到的问题和解决方法。

通过本文的介绍，读者可以深入了解牛顿迭代法的基本原理和应用技巧，掌握其在求解非线性方程中的实际应用方法，为进一步的研究和应用提供有力支持。

二、牛顿迭代法的基本原理牛顿迭代法，又称为牛顿-拉夫森方法，是一种在实数或复数域上近似求解方程的方法。

其基本原理是利用泰勒级数的前几项来寻找方程的根。

如果函数f(x)在x0点的导数f'(x0)不为零，那么函数f(x)在x0点附近可以用一阶泰勒级数来近似表示，即：这就是牛顿迭代法的基本迭代公式。

给定一个初始值x0，我们可以通过不断迭代这个公式来逼近f(x)的根。

每次迭代，我们都用当前的近似值x0来更新x0，即：这个过程一直持续到满足某个停止条件，例如迭代次数达到预设的上限，或者连续两次迭代的结果之间的差小于某个预设的阈值。

牛顿迭代法的收敛速度通常比线性搜索方法快，因为它利用了函数的导数信息。

然而，这种方法也有其局限性。

它要求函数在其迭代点处可导，且导数不为零。

牛顿迭代法可能不收敛，如果初始点选择不当，或者函数有多个根，或者根是重根。

因此，在使用牛顿迭代法时，需要谨慎选择初始点，并对迭代过程进行适当的监控和调整。

第7章非线性方程组的数值解法

( 1, 1 )
f 1 y f 2 2 y
2 y ( 1,1 ) 2
( 1,1 )
( y 3) ( 1, 1 )
( 1, 1 )
( x 1) ( 1 , 1 ) 2
( 1,1 )
f 1 f 2 2 2[ 2 * ( 3) ( 2 ) * ( 2 )] 4 f1 f2 g10 x ( 1,1) x ( 1,1) x f 1 f 2 g 2 2[ 2 * ( 3) 2 * ( 2 )] 20 20 y y f 1 y f 2 ( 1, 1 ) ( 1, 1 )
完
f ( x0 h, y0 k ) f ( x0 , y0 ) ( h k ) f ( x0 , y0 ) x y 1 2 ( h k ) f ( x 0 , y0 ) 2! x y 1 n ( h k ) f ( x 0 , y0 ) n! x y 1 n 1 ( h k ) f ( x0 h, y0 k ) ( n 1)! x y
2
2
令
0
得 f 1 f 1 ( g10 x g 20 y ) f 1 ( g10 ( g f 1 g f 1 ) 2 ( g 10 20 10 x y f 2 g 20 x f 2 g 20 x f 2 ) f2 y f 2 2 ) ( x y
1
f 1 ( x 0 , y0 ) f ( x , y ) 2 0 0
从n到n+1的迭代格式为：
f 1 ( x n , y n ) xn 1 x n x y y f 2 ( xn , yn ) n 1 n x

非线性方程求解算法比较

非线性方程求解算法比较在数学和计算机科学领域中，非线性方程是一种无法简单地通过代数方法求解的方程。

因此，研究和开发高效的非线性方程求解算法是至关重要的。

本文将比较几种常见的非线性方程求解算法，包括牛顿迭代法、割线法和二分法。

通过对比它们的优缺点和适用范围，可以帮助人们选择最适合的算法来解决特定的非线性方程问题。

一、牛顿迭代法牛顿迭代法是一种常用的非线性方程求解算法。

它基于泰勒级数展开，使用函数的导数信息来逼近方程的根。

具体步骤如下：1. 选择初始近似值$x_0$。

2. 计算函数$f(x_0)$和导数$f'(x_0)$。

3. 根据牛顿迭代公式$x_{n+1}=x_n-\frac{f(x_n)}{f'(x_n)}$，计算下一个近似解$x_{n+1}$。

4. 重复步骤2和步骤3，直到达到预设的收敛条件。

牛顿迭代法的收敛速度很快，通常二次收敛。

然而，它对于初始值的选择非常敏感，可能会陷入局部极值点，导致找到错误的根。

因此，在使用牛顿迭代法时，需要根据具体问题选择合适的初始近似值。

二、割线法割线法是另一种常见的非线性方程求解算法。

它是对牛顿迭代法的改进，使用两个近似解来逼近方程的根。

具体步骤如下：1. 选择初始近似值$x_0$和$x_1$。

2. 计算函数$f(x_0)$和$f(x_1)$。

3. 根据割线公式$x_{n+1}=x_n-\frac{f(x_n)(x_n-x_{n-1})}{f(x_n)-f(x_{n-1})}$，计算下一个近似解$x_{n+1}$。

4. 重复步骤2和步骤3，直到达到预设的收敛条件。

与牛顿迭代法相比，割线法不需要计算导数，因此更加灵活。

然而，割线法的收敛速度比牛顿迭代法慢，通常是超线性收敛。

与牛顿迭代法一样，割线法也对初始近似值的选择敏感。

三、二分法二分法是一种简单直观的非线性方程求解算法。

它利用函数在根附近的特性，通过不断缩小区间范围来逼近方程的根。

具体步骤如下：1. 选择初始区间$[a,b]$，其中$f(a)$和$f(b)$异号。

非线性方程的求解方法

非线性方程的求解方法一、引言在数学领域中，非线性方程是指未知量与其对自身的各次幂、指数以及任意函数相乘或相加得到的方程。

求解非线性方程是数学中一个重要而又具有挑战性的问题。

本文将介绍几种常见的非线性方程求解方法。

二、牛顿迭代法牛顿迭代法是一种经典的非线性方程求解方法，它利用方程的切线逼近根的位置。

设f(x)为非线性方程，在初始点x0附近取切线方程y=f'(x0)(x-x0)+f(x0)，令切线方程的值为0，则可得到切线方程的解为x1=x0-f(x0)/f'(x0)。

重复这个过程直到满足精确度要求或迭代次数达到指定次数。

三、二分法二分法是一种简单而又直观的非线性方程求解方法。

它利用了连续函数的中间值定理，即若f(a)和f(b)异号，则方程f(x)=0在[a, b]之间必有根。

根据中值定理，我们可以取中点c=(a+b)/2，然后比较f(a)和f(c)的符号，若同号，则根必然在右半区间，否则在左半区间。

重复这个过程直到满足精确度要求或迭代次数达到指定次数。

四、割线法割线法是一种基于切线逼近的非线性方程求解方法，它与牛顿迭代法相似。

由于牛顿迭代法需要求解导数，而割线法不需要。

设f(x)为非线性方程，在两个初始点x0和x1附近取一条直线，该直线通过点(x0,f(x0))和(x1, f(x1))，它的方程为y=f(x0)+(f(x1)-f(x0))/(x1-x0)*(x-x0)，令直线方程的值为0，则可得到直线方程的解为x2 = x1 - (f(x1)*(x1-x0))/(f(x1)-f(x0))重复这个过程直到满足精确度要求或迭代次数达到指定次数。

五、试位法试位法是一种迭代逼近的非线性方程求解方法。

它利用了函数值的变化率来逼近根的位置。

设f(x)为非线性方程，选取两个初始点x0和x1，然后计算f(x0)和f(x1)的乘积，如果结果为正，则根位于另一侧，否则根位于另一侧。

然后再选取一个新的点作为下一个迭代点，直到满足精确度要求或迭代次数达到指定次数。

非线性方程求解

非线性方程求解在数学中，非线性方程是一种函数关系，其表达式不能通过一次函数处理得到。

与线性方程不同，非线性方程的解决方案往往更具挑战性，因为它涉及到更复杂的计算过程。

尤其在实际应用中，非线性方程的求解是一个非常重要的问题。

本文将讨论几种常用的非线性方程求解方法。

二分法二分法，也称为折半法，是一种基本的求解非线性方程的方法之一。

它的核心思想是将区间一分为二并判断方程在哪一半具有根。

不断这样做直到最终解得精度足够高为止。

下面是利用二分法求解非线性方程的流程：1. 设定精度值和区间范围2. 取区间的中点并计算函数值3. 如果函数值为0或函数值在给定精度范围内，返回中点值作为精确解4. 如果函数值不为0，则判断函数值的正负性并缩小区间范围5. 重复步骤2-4直到满足给定精度为止当然，这种方法并不总是能够找到方程的解。

在方程存在多个解或者区间范围不合适的情况下，二分法可能会导致求解失败。

但它是一种很好的起点，同时也是更复杂的求解方法中的一个重要组成部分。

牛顿迭代法牛顿迭代法是一种更复杂的求解非线性方程的方法。

它利用泰勒级数和牛顿迭代公式，通过不断迭代来逼近根的位置。

下面是利用牛顿迭代法求解非线性方程的流程：1. 先取一个近似值并计算函数值2. 求出函数的导数3. 利用牛顿迭代公式，计算下一个近似根4. 检查下一个近似根的精度是否满足条件，如果满足，返回当前近似根5. 如果精度不满足，则将新的近似根带入公式，重复步骤2-5当然，牛顿迭代法的收敛性并不总是保证的。

如果迭代过程太过温和，它可能无法收敛到精确解。

如果迭代过程过于暴力，则会出现发散现象，使得求解变得不可能。

其他方法此外，还有一些其他的求解非线性方程的方法，例如黄金分割法、逆二次插值法、牛顿切线法等等。

其中每一种方法都有其优缺点，不同的情况下，不同的方法都可能比其他方法更加适合。

结论总体来说，求解非线性方程的方法非常复杂。

无论是哪种方法，都需要一定的数学基础和计算机知识。

第7章非线性方程的数值解法

设 0为给定精度要求，试确定分半次数k 使
x* xk
ba 2k
由于2k ，两边取对数，即得
ba
k ln(b a) ln
ln 2
数值分析
18/47
§例1： 5.用2 二二分分法求法x3 4x2 10 0在[1,2]内的根，
要求绝对误差不超过1 102。 2
第七章非线性方程的数值解法
数值分析
本章内容
§7.1 方程求根与二分法 §7.2 不动点迭代及其收敛性 §7.4 牛顿法 §7.5 弦截法
数值分析
2/47
本章要求
1. 掌握二分法基本原理，掌握二分法的算法流程;
2. 掌握理解单点迭代的基本思想，掌握迭代的收敛条件；
3. 掌握Newton迭代的建立及几何意义，了解 Newton迭代的收敛性；
27/47
§ 7.2 不动点迭代法及其收敛性
不动点迭代的几个重要问题： 1、迭代格式的构造； 2、初值的选取； 3、敛散性的判断；☆ 4、收敛速度的判断。
数值分析
28/47
§ 7.2 不动点迭代法及其收敛性
三.压缩映射原理（整体收敛性）
考虑方程x g( x), g( x) C[a, b], 若
则f (x)=0在[a, b]内必有一根。
二. 过程
将区间对分，判别f (x)的符号，逐步缩小有根区间。
数值分析
14/47
§7.1.2 二分法
三. 方法
取xmid=0.5*(a+b)
若f(xmid) < (预先给定的精度)，则xmid即为根。
否则，若f (a)*f (xmid)<0，则取a1=a，b1=xmid 若f (a)*f (xmid)>0，则取a1=xmid，b1=b 此时有根区间缩小为[a1, b1]，区间长度为 b1-a1=0.5*(b-a)

高中数学如何求解二分法和牛顿迭代法方程

高中数学如何求解二分法和牛顿迭代法方程在高中数学中，求解方程是一个重要的内容，而二分法和牛顿迭代法是两种常用的求解方程的方法。

本文将介绍这两种方法的原理、应用以及解题技巧，并通过具体的例题来说明其考点和解题思路。

一、二分法的原理和应用二分法是一种通过不断缩小搜索范围来逼近方程根的方法。

其基本原理是将待求解的区间不断二分，判断根是否在左半区间还是右半区间，并将搜索范围缩小至根的附近。

具体步骤如下：1. 确定初始区间[a, b]，使得f(a)与f(b)异号；2. 计算区间中点c=(a+b)/2；3. 判断f(c)与0的关系，若f(c)=0，则c为方程的根；若f(c)与f(a)异号，则根在区间[a, c]内，否则根在区间[c, b]内；4. 重复步骤2和步骤3，直到满足精度要求或找到根。

二分法的应用非常广泛，例如在求解函数的零点、解方程、求解最优化问题等方面都有应用。

下面通过一个具体的例题来说明二分法的应用和解题技巧。

例题1：求方程x^3-2x-5=0的根。

解题思路：1. 首先我们需要确定初始区间[a, b]，使得f(a)与f(b)异号。

根据题目中的方程，可以取a=1，b=2，计算f(1)=-6和f(2)=1，满足条件；2. 计算区间中点c=(a+b)/2=1.5；3. 计算f(c)=f(1.5)=-1.375，与0的关系异号，说明根在区间[1, 1.5]内；4. 重复步骤2和步骤3，不断缩小搜索范围，直到满足精度要求或找到根。

通过不断迭代，我们可以得到方程的根为x=1.709。

这个例题展示了二分法的基本思路和解题技巧，通过不断缩小搜索范围，我们可以逼近方程的根。

二、牛顿迭代法的原理和应用牛顿迭代法是一种通过不断迭代逼近方程根的方法，其基本原理是利用函数的切线来逼近根的位置。

具体步骤如下：1. 确定初始点x0；2. 计算函数f(x)在x0处的导数f'(x0)；3. 计算切线的方程y=f(x0)+f'(x0)(x-x0)；4. 求切线与x轴的交点x1，即x1=x0-f(x0)/f'(x0)；5. 重复步骤2到步骤4，直到满足精度要求或找到根。

数值分析--第7章非线性方程与方程组的数值解法

k
y.

（2.4）时序列 {xk }
收敛到
x
*.
25
再证明估计式（2.5），由（2.4）有
xk1 xk (xk )(xk1) L xk xk1 .
反复递推得
xk

1 2 k 1
0.005,
只需 k 6 ，即只要二分6次，便能达到预定的精度.
11
计算结果如表7-2.
表7 2
k
ak
0 1.0
bk
xk
1.5
1.25
1 1.25
1.375
2
1.375 1.3125
3 1.3125
1.3438
4
1.3438 1.3281
5
1.3281 1.3203
6 0.3203
对于 x *的某个近似值 x0，在曲线 y (x)上可确定一点 P0，它以 x0为横坐标，而纵坐标则等于(x0 ) x1.
过 P0 引平行 x轴的直线，设此直线交直线 y x于点 Q1，然后过 Q1再作平行于 y轴的直线，与曲线 y (x) 的交点
17
记作 P1，则点 P1 的横坐标为 x1 ，纵坐标则等于 (x1) x2.
（2.（2）2.5）
证明设 x*[a, b] 是 (x)在 [a, b]上的唯一不动点，由条件，可知 {xk }[a, b]，再由（2.4）得
xk x* (xk1)(x*)
L xk1 x* Lk x0 x*.
因(x0)

L(y1)，故L当x
f (x) 0
（1.1）
其中 x R, f (x) C[a, b], [a, b]也可以是无穷区间.

数值分析第七章非线性方程与方程组的数值解法0607)

一、二分法
3. 二分法的一个例题
例2 求x3 x 1 0在[1.0,1.5]内的一个实根，准确到
小数点后2位.
k ak
bk
xk
f(xk)符号
0 1.0
1.5
1.25
−
1 1.25
1.375
+
2
1.375 1.3125
−
3 1.3125
1.3438
+
4
1.3438 1.3281
+
5
1.3281 1.3203
续，并且
(x*) (x*) ( p1) (x*) 0， ( p) (x*) 0,
只要相邻两次计算结果的偏
|
xk
x* |
Lk 1 L
|
x1
x0
|
.
(2.5)
差足够小即可
保证近似值xk 具有足够精度
|
xk
x* |
1 1 L
|
xk 1
xk
|
.
(2.6)
二、不动点迭代法
3. 存在性与收敛性
• 局部收敛性
- 定义1 设(x)有不动点x*，若对任意x0∈{ x*
的某个邻域R}，迭代公式(2.2)产生的序列 {xk}∈R，且收敛到x*，则称迭代法(2.2)局部收敛.
2). 存在正数L<1，使对任意x,y∈[a, b]都有
| (x) ( y) | L | x y |;
则(x)在[a, b]上存在唯一的不动点x*.
二、不动点迭代法
3. 存在性与收敛性
• 全局收敛的充分条件
- 定理2 设(x) 满足定理1中两条件，则对任意
x0∈[a, b]，迭代法收敛，并有误差估计式

第7章非线性方程求根

k 且区间长度逐次减半， bk ak (b a) 2 .
非线性方程求根的二分法
二分法基本步骤：随着k的增大，有根区间长度趋于零，区间端点向 * lim a lim b lim x x . 一点收缩， k k k k k k 显然x*即为f(x)=0的根。而x0, x1, …,xk,…为近似根 * 序列。设要求精度为ε ,即 x xk ,

x1 x* ( )(x0 x* ) M ( x0 x* ), x2 ( x1 ), x2 x M ( x1 x ).
* *
加速迭代法
消去M得
x1 x* x0 x* , * * x2 x x1 x
2
2 x x x ( x x ) 1 0 x* x1 0 2 1 x0 , x2 2 x1 x0 x0 2 x1 x2
斯蒂芬森迭代法
结合埃特金加速法和不动点迭代法形成斯蒂芬森迭代法：

yk ( xk ), z k ( yk ), ( y k xk ) xk 1 xk z k 2 y k xk
2
(k 0,1, ).
斯蒂芬森迭代法几何意义
定义x点关于方程 x ( x) 的误差为： ( x) ( x) x. * * * * ( x ) ( x ) x 0. 则该方程的根x 的误差
非线性方程的迭代法求根
基本概念非线性方程f(x)=0的根(解) x*,也称为非线性函数f(x)的零点，f(x*)=0。 f(x)=0的m重根定义：f(x)=(x-x*)mg(x), g(x*)≠0，则称x*为f(x)=0的m重根，或f(x)的 m重零点。 m重根的判定条件： x*为f(x)=0的m重根当且仅当 * * ( m1) * ( m) * f (x ) f (x ) f ( x ) 0; f ( x ) 0.

非线性方程的求解方法

非线性方程的求解方法非线性方程是数学中的基本概念，对于许多科学领域而言，非线性方程的求解具有重要的意义。

然而，与线性方程相比，非线性方程的求解方法较为复杂，因此需要掌握一些有效的解法。

本文将介绍几种非线性方程的求解方法。

一、牛顿迭代法牛顿迭代法也叫牛顿-拉夫逊迭代法，是一种求解非线性方程的有效方法。

该方法的基本思路是，选择一个初始值，通过迭代计算不断逼近非线性方程的根。

牛顿迭代法的公式为：$$x_{n+1}=x_n-\frac{f(x_n)}{f'(x_n)}$$其中，$f(x)$表示非线性方程，$f'(x)$表示$ f(x) $的一阶导数。

牛顿迭代法的优点在于速度快，迭代次数少，但其局限性在于收敛性受初始点选取的影响较大。

二、割线法割线法（Secant method）也是一种求解非线性方程的有效方法。

与牛顿迭代法不同，割线法使用的是两个初始值，并根据两点间的连线与$ x $轴的交点来作为新的近似根。

割线法的公式为：$$x_{n+1}=x_n-\frac{f(x_n)(x_n-x_{n-1})}{f(x_n)-f(x_{n-1})}$$割线法的优势是不需要求解导数，但其缺点在于需要两次迭代才能得到下一个近似根，因此计算量较大。

三、二分法二分法（Bisection method）是求解非线性方程的另一种有效方法。

该方法的基本思路是找到非线性方程的一个区间，使函数值在该区间内的符号相反，然后通过逐步缩小区间，在区间内不断逼近非线性方程的根。

二分法的公式为：$$x_{n+1}=\frac{x_n+x_{n-1}}{2}$$其中，$x_n$和$x_{n-1}$是区间的端点。

二分法的优点在于收敛性稳定，但其缺点在于迭代次数较多，因此计算量也较大。

四、弦截法弦截法（Regula Falsi method）也是一种求解非线性方程的有效方法。

它和二分法类似，都是通过缩小根所在的区间来逼近根。

不同之处在于，弦截法不是以区间中点为迭代点，而是以区间两个端点之间的连线与$ x $轴的交点为迭代点。

二分法和牛顿迭代法求解非线性方程的比较及应用

＇２
求解方程的近似根，一般需要解决两个问题：１．根的隔离。即找出有根区域，使得在一些小区间中方程只有一根（或一对共轭复根）以便获取各根的较粗糙的近似值。
区间值：ｘ０
０．００ＯＯ００００００００Ｏ０Ｏ．０ＯＯ００Ｏ０００Ｏ００００
【专题研讨】
二分法和牛顿迭代法求解非线性方程的比较及应用
张晓勇，王仲君
（武汉理工大学，湖北武汉４文基于计算机ＭＡＴＬＡＢ和ｃ语言编程去分析两者的计算复杂性，并深入探讨了两种方法的优缺点。最后，通过将两种方法结合起来解决非线性方程的求解问题，取得了显著地效果。同时，这也再次证明了方法组合解决问题的高
一
、
２０
２１
５２．４０６３１１０００００００
５２．４０６７８８ＯＯ００Ｏ００
５２．４０７２６５Ｏ００Ｏ０００
效性。
关键词：二分法；牛顿迭代法；非线性方程中图分类号：０２４２文献标志码：Ｂ
文章编号：１６７４ — ９３２４（２０１３）２５ — ０１３９一Ｏ１
表１二分法程序结果
迭代数
区间值：ｘ１
５００．Ｏ０ＯＯ０００００Ｏ０００２５０．００００００Ｏ００００００
２．近似根的精确化。即用求根的数值方法，使求得的近似根逐步精确化，直到获得一定精度的近似根。二分法和牛顿迭代法的基本思想１．二分法。一般地，对于函数ｆ（ｘ），如果存在实数Ｃ，当Ｘ＝Ｃ时，若ｆ（ｃ）＝０，那么把ｘ＝ｃＨｑ做函数ｆ（ｘ）的零点。解方程即要求ｘ）的所有零点。假定ｆ（ｘ）在区间（ｘ，ｙ）上连续，先找到ａ、ｂ属于区间（ｘ，Ｙ），使ｆ（ａ），ｆ（ｂ）异号，说明在区间（ａ，ｂ）内一定有零点，然后求［ｆ（ａ＋ｂ）／２１，现在假设ｆ（ａ）＜０，ｆ（ｂ）＞０，ａ＜ｂ， ①如果［ｆ（ａ＋ｂ）／２］＝Ｏ，该点就是零点。如果［ｆ（ａ＋ｂ）／２］＜Ｏ，则在区间（（ａ＋ｂ）１２，ｂ）内有零点，注：（ａ＋ｂ）／２＞＝ａ，从① 开始继续使用中点函数值判断。如果［ｆ（ａ＋ｂ）／２】＞０，则在区间（ａ，（ａ＋ｂ）１２）内有零点，注：（ａ＋ｂ）／２＜＝ｂ，从①开始继续使用中点函数值判断。这样就可以不断接近零点。通过每次把ｆ（ｘ）的零点所在小区间收缩一半的方法，使区间的两个端点逐步迫近函数的零点，以求得零点的近似值，这种方法叫做二分法。从以上可以看出，每次运算后，区间长度减少一半，是线形收敛。另外，二分法不能计算复根和重根。２．牛顿迭代法。设ｒ是ｘ）＝０的根，选取ｘ０作为ｒ初始近似值，过点（ｘＯ，ｆ（ｘＯ））做曲线ｙ＝ｆ（ｘ）的切线Ｌ，Ｌ的方程为ｙ＝ｆ（ｘＯ）＋ｆ（ｘＯ）（ｘ — ｘ０），求出Ｌ与ｘ轴交点的横坐标ｘｌ＝ｘＯ — ｆ（ｘＯ）／ｆ（ｘＯ），称ｘ１为ｒ的一次近似值。过点（ｘｌ，ｆ（ｘ１））作曲线ｙ＝ｆ（ｘ）的切线，并求该切线与ｘ轴交点的横坐标ｘ２＝ｘｌ — ｆ（ｘ１）／ｒ（ｘ１），称ｘ２为ｒ的二次近似值。重复以上过程，得ｒ的近似值序列，其中ｘ（ｎ＋１）＝ｘ（ｎ）一ｆ（ｘ（ｎ））（ｘ（ｎ）），称为ｒ的ｎ＋１次近似值，上式称为牛顿迭代公式。解非线性方程ｆ（ｘ）０的牛顿法是把非线性方程线性化的一种近似方法。把ｆ（ｘ）在ｘ０点附近展开成泰勒级数ｆ（ｘ）＝ｆ（ｘ０）＋（ｘ — ｘＯ）ｒ（ｘＯ）＋（ｘ — ｘＯ）＇２＊ｆ ’ （ｘＯ）／２１＋ …取其线性部分，作为非线性方程ｆ（ｘ）＝０的近似方程，即泰勒展开的前两项，则有ｆ（ｘＯ）＋ｆ（ｘＯ）（ｘ — ｘＯ）＝０设ｆ＇（ｘＯ） ≠０则其解为ｘｌ＝ｘＯ — ｆ（ｘＯ）Ｘ（ｘＯ）这样，得到牛顿法的一个迭代序列：Ｘ（ｎ＋１）＝ｘ（ｎ）一ｆ（Ｘ（ｎ））／ｒ（ｘ（ｎ）），记为：｛ｘ（ｎ）ｌ。此时，当ｎ趋于无穷大时，ｘ（ｎ）就会逐渐逼近ｘ）＝０的根。二、例证分析１．对此非线性方程ｘＳ－５０ｘＺ－６６１０＝Ｏ在单独用二分法和牛顿迭代法时的效果都不显著。实验的结果分析：由此可见，牛顿迭代法是一种特殊的迭代法，用于求

高等代数中的非线性方程组求解方法与案例

高等代数中的非线性方程组求解方法与案例高等代数中的非线性方程组求解方法与案例一、引言非线性方程组在数学和科学工程领域中具有重要的理论和实际应用价值。

本文将介绍一些常用的非线性方程组求解方法，并通过案例来展示这些方法的应用。

二、牛顿法牛顿法是一种经典的非线性方程组求解方法。

该方法利用函数的导数信息进行迭代，通过不断逼近方程组的解。

其迭代公式如下：假设方程组为 F(x) = 0，初始解为 x_0，则迭代公式为：x_{n+1} = x_n - J_F(x_n)^{-1} * F(x_n)其中，J_F(x_n) 表示 F(x_n) 的雅可比矩阵。

三、割线法割线法是一种迭代求解非线性方程组的方法。

该方法使用方程组中两个初始解点之间的割线来逼近方程组的解。

其迭代公式如下：假设方程组为 F(x) = 0，初始解为 x_0 和 x_1，则迭代公式为：x_{n+1} = x_n - \frac{F(x_n) * (x_n - x_{n-1})}{F(x_n) - F(x_{n-1})}四、二分法二分法是一种简单且可靠的非线性方程组求解方法。

该方法利用方程组在区间两端点函数值异号的性质，在区间内部寻找解。

其迭代公式如下：假设方程组为 F(x) = 0，在区间 [a, b] 内满足 F(a) * F(b) < 0，迭代公式为：x_{n+1} = \frac{a_n + b_n}{2}五、案例分析假设有如下非线性方程组：x^2 + y^2 = 10x + y = 5我们将使用上述介绍的三种方法来求解该方程组。

1. 牛顿法求解：首先，我们需要计算方程组的雅可比矩阵：J_F(x, y) = [[2x, 2y],[1, 1]]给定初始解 x_0 = (1, 4)，按照牛顿法的迭代公式进行迭代计算，直到满足收敛条件。

2. 割线法求解：给定初始解 x_0 = (1, 4) 和 x_1 = (2, 3)，按照割线法的迭代公式进行迭代计算，直到满足收敛条件。

二分法和牛顿迭代法求解非线性方程的比较及应用

求解方程的近似根，一般需要解决两个问题：1.根的隔离。

即找出有根区域，使得在一些小区间中方程只有一根（或一对共轭复根）以便获取各根的较粗糙的近似值。

2.近似根的精确化。

即用求根的数值方法，使求得的近似根逐步精确化，直到获得一定精度的近似根。

一、二分法和牛顿迭代法的基本思想1.二分法。

一般地，对于函数f （x ），如果存在实数c ，当x=c 时，若f （c ）=0，那么把x=c 叫做函数f （x ）的零点。

解方程即要求f （x ）的所有零点。

假定f （x ）在区间（x ，y ）上连续，先找到a 、b 属于区间（x ，y ），使f （a ），f （b ）异号，说明在区间（a ，b ）内一定有零点，然后求[f （a+b ）/2]，现在假设f （a ）<0，f （b ）>0，a<b ，①如果[f （a+b ）/2]=0，该点就是零点。

如果[f （a+b ）/2]<0，则在区间（（a+b ）/2，b ）内有零点，注：（a+b ）/2>=a ，从①开始继续使用中点函数值判断。

如果[f （a+b ）/2]>0，则在区间（a ，（a+b ）/2）内有零点，注：（a+b ）/2<=b ，从①开始继续使用中点函数值判断。

这样就可以不断接近零点。

通过每次把f （x ）的零点所在小区间收缩一半的方法，使区间的两个端点逐步迫近函数的零点，以求得零点的近似值，这种方法叫做二分法。

从以上可以看出，每次运算后，区间长度减少一半，是线形收敛。

另外，二分法不能计算复根和重根。

2.牛顿迭代法。

设r 是f （x ）=0的根，选取x0作为r 初始近似值，过点（x0，f （x0））做曲线y=f （x ）的切线L ，L 的方程为y=f （x0）+f'（x0）（x-x0），求出L 与x 轴交点的横坐标x1=x0-f（x0）/f'（x0），称x1为r 的一次近似值。

过点（x1，f （x1））作曲线y=f （x ）的切线，并求该切线与x 轴交点的横坐标x2=x1-f（x1）/f'（x1），称x2为r 的二次近似值。

解非线性方程

解非线性方程解非线性方程是数学中的一个常见问题，它的解决方法涵盖了多种数值和符号计算技术。

本文将讨论几种常见的解非线性方程的方法，并对其优缺点进行评估。

同时，还将给出一些实际问题，并通过求解相关的非线性方程来解决它们。

在数学中，非线性方程是指未知数的幂或次幂的函数与未知数的线性变换之和（或差）相等的方程。

它的求解相对于线性方程来说更加困难，因为非线性方程通常没有解析解。

所以我们需要使用一些数值计算方法来近似求解这类方程。

一、数值方法常见的数值方法包括二分法、牛顿法和割线法。

1. 二分法二分法是一种迭代逼近方法，适用于单峰函数的求解。

它的基本思想是通过计算方程在一个区间内的函数值的正负来确定方程在该区间内是否存在根，并将区间不断地缩小，直到得到满足精度要求的根。

2. 牛顿法牛顿法是一种迭代逼近方法，适用于光滑函数的求解。

它的基本思想是通过利用函数的局部线性近似来逼近方程的根。

具体步骤是：选择一个初始近似解，计算该近似解处的斜率（导数），然后使用切线与坐标轴的交点作为新的近似解，并不断迭代，直到满足精度要求。

3. 割线法割线法是一种迭代逼近方法，它是对牛顿法的改进。

与牛顿法使用切线逼近方程的根不同，割线法使用两个近似解之间的直线来逼近方程的根。

具体步骤是：选择两个初始近似解，计算这两个近似解处函数值，然后利用割线与坐标轴的交点作为新的近似解，并不断迭代，直到满足精度要求。

二、符号计算方法符号计算方法主要包括代数解法和近似解法。

1. 代数解法代数解法是通过对方程进行变形和化简，利用代数运算和等式的性质来求解方程。

它适用于存在特定形式解的方程，例如二次方程和三次方程。

通过代数解法求解，可以得到方程的解析解。

2. 近似解法近似解法是通过对方程进行近似处理，将非线性方程转化为线性方程或更简单的非线性方程，然后利用线性方程或简单非线性方程的解法来求解。

近似解法常用的方法有级数展开法、迭代法和离散化方法等。

通过上述的数值和符号计算方法，我们可以解决各种非线性方程的求解问题。

7非线性方程求根

for k = 1 : n x = g(x); fprintf('k=%2d, x=%.7f\n',k,x); if abs(x-xt)<tol, break, end
end xt = fzero(f,[3,4]);
fprintf('True solution: x = %.7f\n', xt)
% Steffenson 加速
Numerical Analysis
12
解的存在唯一性
解的存在唯一性
定理：设 (x) C[a,b] 且满足
(1) 对任意的 x[a,b] 有 (x)[a,b]
(2) 存在常数 0<L<1，使得任意的 x, y[a,b] 有
(x)(y)Lxy
则(x) 在 [a,b] 上存在唯一的不动点 x*
Numerical Analysis
8
不动点迭代
基本思想
构造 f (x) = 0 的一个等价方程： x (x)
f (x) = 0 f (x) 的零点
等价变换
x = (x) (x) 的不动点
2019/11/5
Numerical Analysis
9
不动点迭代
具体过程任取一个迭代初始值 x0 ，计算
非线性方程可能有(无穷)多个解，求解时必须强调求解区间
非线性方程一般没有直接解法，通常都使用迭代算法求解
2019/11/5
Numerical Analysis
4
非线性方程数值解法
几个基本概念
实根与复根根的重数
f(x)=(x–x*)m ·g(x) 且 g(x*) 0, 则 x*为 f(x)=0 的 m 重根有根区间：[a, b] 上存在 f (x) = 0 的一个实根

非线性方程求解算法的性能比较研究

非线性方程求解算法的性能比较研究随着科技的不断发展，非线性方程在数学、物理、工程等领域中得到广泛应用。

然而，求解非线性方程是一个复杂而耗时的过程。

为了提高求解的效率和准确性，研究者们不断探索和开发各种非线性方程求解算法。

本文将对其中几种常用的算法进行性能比较研究，以帮助读者更好地选择和应用非线性方程求解算法。

一、牛顿法 (Newton's Method)牛顿法是一种基于切线的迭代算法，通过不断逼近零点来求解非线性方程。

其基本思想是利用切线的斜率逼近曲线的斜率，从而找到曲线与 x 轴交点的近似解。

牛顿法的迭代公式如下：```x_(n+1) = x_n - f(x_n) / f'(x_n)```牛顿法具有较快的收敛速度和较高的精度，在实际应用中得到广泛使用。

然而，牛顿法也存在一些问题，例如对于某些特殊函数，可能会出现收敛速度慢或者迭代发散的情况。

二、割线法 (Secant Method)割线法是一种基于割线的迭代算法，类似于牛顿法，但割线法不需要计算函数的导数。

其基本思想是通过连接两个点的割线与 x 轴的交点来逼近方程的根。

割线法的迭代公式如下：```x_(n+1) = x_n - f(x_n) * (x_n - x_(n-1)) / (f(x_n) - f(x_(n-1)))```相比于牛顿法，割线法的计算复杂度较低，但在某些情况下可能会出现割线过程与根无交点的问题。

三、二分法 (Bisection Method)二分法是一种简单而直观的求解非线性方程的方法。

它利用中值定理将函数值异号的两个点之间的中点作为下一次迭代的起点，通过逐步缩小区间来求解方程的根。

二分法迭代的公式如下：```x_(n+1) = (x_a + x_b) / 2```二分法的优点是收敛稳定，不易发散，但收敛速度相对较慢。

四、迭代法 (Iterative Method)迭代法是一种常用于非线性方程求解的数值方法。

第7章解非线性方程二分法和牛顿法.

牛顿法、简化牛顿法与牛顿下山法、弦截法、解非线性方程组的牛顿法

解非线性方程的牛顿迭代法及其应用

第7章非线性方程组的数值解法

非线性方程求解算法比较

非线性方程的求解方法

非线性方程求解

第7章 非线性方程的数值解法

高中数学如何求解二分法和牛顿迭代法方程

数值分析--第7章非线性方程与方程组的数值解法

数值分析第七章 非线性方程与方程组的数值解法0607)

第7章 非线性方程求根

非线性方程的求解方法

二分法和牛顿迭代法求解非线性方程的比较及应用

高等代数中的非线性方程组 求解方法与案例

二分法和牛顿迭代法求解非线性方程的比较及应用

解非线性方程

7非线性方程求根

非线性方程求解算法的性能比较研究

第7章非线性方程的数值解法

数值分析第七章非线性方程与方程组的数值解法0607)

第7章非线性方程求根

高等代数中的非线性方程组求解方法与案例