Для примера рассмотрим два разных преобразования одного и того же уравнения




ln x = 2 - x. (3.10)

В виде (3.1) его можно записать либо

ln x - 2 + x = 0, (3.11)

либо

2 - ln x - x = 0, (3.12)

Оба уравнения приведем к виду (3.8) прибавлением x к правой и левой частям.

Уравнение (3.11) преобразуется к виду:

x = ln x - 2 + 2 x, (3.13)

т.е. (x)= ln x - 2 + 2 x.

Продифференцируем функцию (x): (x)= + 2. Не трудно определить, что условие сходимости метода выполняется при -1 < x < -1/3. Но на этапе отделения корней можно убедиться, что корень уравнения лежит в интервале (1,2), и вообще вся функция (x) из-за наличия логарифмаопределена лишь при x > 0. Это значит, что исходное уравнение преобразованием к виду (3.13) решить методом простых итераций невозможно.

Уравнение (3.12) преобразуется к виду:

x = 2 - ln x, (3.14)

т.е. (x)= 2 - ln x. Продифференцируем функцию (x): (x)= - .Условие сходимости метода выполняется при ½ x ½ > 1. Это значит, учитывая область расположения корня, что вычислительный процесс метода простых итераций будет сходящимся, если исходное уравнение преобразовано к виду (3.14).

Существует более или менее универсальный способ преобразования уравнения (3.1) к виду (3.8):

F (x) = 0 Þ C . F (x) = 0 Þ C . F (x) + x = x (3.15)

Здесь C - некоторый параметр, выбираемый из условия сходимости процесса.

Для примера попытаемся применить этот способ для решения уравнения (3.11). Условие сходимости (3.9) для преобразования (3.15) в общем виде выглядит так:

.

так как в этом неравенстве присутствует знак модуля, то оно распадается на два неравенства:

и

или

и . (3.16)

Дальнейшее преобразование этих неравенств для получения условия на значения параметра С зависит от знака производной в окрестности искомого корня.

Так как в уравнении (3.11) , то неравенства (3.16) для него выглядят так:

и . (3.17)

В качестве окрестности корня уравнения (3.11) рассматриваем интервал [1, 2], полученный на этапе отделения корней. Вычислим значения производной при х =1 и х =2:

и .

Так как производная в исследуемой окрестности положительна, то неравенства (3.17) можно записать так:

С < 0 и C > (3.18)

Подставим во второе из этих неравенств границы нашей окрестности и получим:

для х =1 → С >-1, для х =2 → C >-4/3.

Следовательно, из (3.18) получаем

- 1 < С < 0 или -4/3 < С <0.

Выбирая меньший по длине из этих двух промежутков, окончательно получаем:

- 1 < С < 0,

т.е. для любого значения С из интервала от –1 до 0 мы будем иметь сходящийся метод простых итераций для уравнения ln x - 2 + x = 0, преобразованного к виду x = (x), где (x)= С (ln x - 2 + x)+х. На практике в качестве конкретного значения С берется обычно средина найденного интервала. В нашем примере это будет С =-0,5

При использовании преобразования (3.15) условием окончания вычислительного про­­це­сса является выполнение неравенства

.

В приводимой на рис.3.12. блок-схеме использован описанный способ (3.15) преобразования исходного уравнения к виду (3.8). В программе необходимо указывать функцию F (x) и вводить вычисленный заранее параметр С и значение допустимой погрешности .

Рис.3.12. Алгоритм метода простых итераций:

В соответствии с этим алгоритмом программа должна осуществлять не более 100 итераций. Если за 100 итераций не достигнута требуемая точность, то программа выводит сообщение об отсутствии сходимости и прекращает работу.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2020-01-14 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: