牛顿迭代法求解方程的根
引题:用牛顿迭代法求下列方程在值等于x附近的根:2x3−4x2+3x−6=02x^3-4x^2+3x-6=02x3−4x2+3x−6=0
输入:输入x。
输出:方程在值等于x附近的根,占1行。
输入示例:1.5
输出实例:2
1. 牛顿迭代公式推导
设多项式f(x)f(x)f(x),设r是f(x)f(x)f(x)的根。
选取x0x_0x0作为r的初始近似值。
过点(x0,f(x0))(x_0,f(x_0))(x0,f(x0))做曲线y=f(x)y=f(x)y=f(x)的切线L。得L:y=f(x0)+f′(x0)(x−x0)y=f(x_0)+f'(x_0)(x-x_0)y=f(x0)+f′(x0)(x−x0)
则L与x轴交点的横坐标为 x1=x0−f(x0)f′(x0)x_1=x_0-\frac{f(x_0)}{f'(x_0)}x1=x0−f′(x0)f(x0),那么称x1x_1x1为r的一次近似值。
过点(x1,f(x1))(x_1,f(x_1))(x1,f(x1))做曲线y=f(x)y=f(x)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)x_2=x_1-\frac{f(x_1)}{f'(x_1)}x2=x1−f′(x1)f(x1),称x2x_2x2为r的二次近似值。
重复以上过程,得r的近似值序列。
其中,xn+1=xn−f(xn)f′(xn)x_{n+1}=x_n-\frac{f(x_n)}{f'(x_n)}xn+1=xn−f′(xn)f(xn)称为r的n+1次近似值。
所以,xn+1=xn−f(xn)f′(xn)x_{n+1}=x_n-\frac{f(x_n)}{f'(x_n)}xn+1=xn−f′(xn)f(xn)即为牛顿迭代公式。
2. 牛顿迭代公式核心思想
核心思想:使用泰勒级数的线性项近似计算函数f(x)=0f(x)=0f(x)=0的根。把f(x)f(x)f(x)在点x0x_0x0的某领域内展开成泰勒级数,取其线性部分(即泰勒展开的前两项),并令其等于0。
泰勒级数展开式:
f(x)=f(x0)+f′(x0)(x−x0)+f′′(x0)(x−x0)22!+…+f(n)(x0)(x−x0)nn!+Rn(x)f(x)=f(x_0)+f'(x_0)(x-x_0)+\frac{f''(x_0)(x-x_0)^2}{2!}+…+\frac{f^{(n)}(x_0)(x-x_0)^n}{n!}+R_n(x)f(x)=f(x0)+f′(x0)(x−x0)+2!f′′(x0)(x−x0)2+…+n!f(n)(x0)(x−x0)n+Rn(x)
线性部分:
f(x)=f(x0)+f′(x0)(x−x0)f(x)=f(x_0)+f'(x_0)(x-x_0)f(x)=f(x0)+f′(x0)(x−x0)
令其为0,并以此作为非线性方程f(x)=0f(x)=0f(x)=0的近似方程,即切线方程,得到公式:x=x0−f(x)f′(x)x=x_0-\frac{f(x)}{f'(x)}x=x0−f′(x)f(x)
将其推广,即可以得到牛顿迭代公式:xn+1=xn−f(xn)f′(xn)x_{n+1}=x_n-\frac{f(x_n)}{f'(x_n)}xn+1=xn−f′(xn)f(xn)
#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;
double f(double x)//函数
{
return 2*pow(x,3)-4*pow(x,2)+3*x-6;
}
double f1(double x)//导函数
{
return 6*pow(x,2)-8*x+3;
}
int main()
{
float x;
cin >> x;
do
{
x = x - f(x)/f1(x);
}while( f(x)>1e-5 || f(x)<-(1e+5) );//控制精度,逼近处理
cout << x << endl;
}