【PTA】二分法求多项式单根

该博客介绍了如何运用二分法来寻找一个3阶多项式在特定区间的唯一单根。通过设定阈值,不断计算区间中点的函数值,根据函数值的符号改变搜索范围,直至找到满足条件的根。示例中,给定的多项式为f(x)=3x^3-1x^2-3x+1,区间为[-0.5, 0.5],最终求得的根为0.33。" 112057648,9271659,RecNN:高二学生实现的强化学习新闻推荐系统,"['人工智能', '推荐系统', '强化学习', '数据集', 'Python']

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7-29 二分法求多项式单根(20 分)

二分法求函数根的原理为:如果连续函数f(x)在区间[a,b]的两个端点取值异号,即f(a)f(b)<0,则它在这个区间内至少存在1个根r,即f(r)=0。

二分法的步骤为:

  • 检查区间长度,如果小于给定阈值,则停止,输出区间中点(a+b)/2;否则
  • 如果f(a)f(b)<0,则计算中点的值f((a+b)/2);
  • 如果f((a+b)/2)正好为0,那(a+b)/2就是要求的根;否则
  • 如果f((a+b)/2)与f(a)同号,则说明根在区间[(a+b)/2,b],令a=(a+b)/2,重复循环;
  • 如果f((a+b)/2)与f(b)同号,则说明根在区间[a,(a+b)/2],令b=(a+b)/2,重复循环。

本题目要求编写程序,计算给定3阶多项式f(x)=a3x3+a2x2+a1x+a0在给定区间[a,b]内的根。

输入格式:

输入在第1行中顺序给出多项式的4个系数a3​​、a2​​、a1、a0,在第2行中顺序给出区间端点a和b。题目保证多项式在给定区间内存在唯一单根。

输出格式:

在一行中输出该多项式在该区间内的根,精确到小数点后2位。

输入样例:

3 -1 -3 1
-0.5 0.5

输出样

### PTA 7-18 题目解析 #### 二分法多项式单根的解题思路 对于给定3阶多项式 \( f(x) = a_3x^3 + a_2x^2 + a_1x + a_0 \),在指定区间\[a, b\]内寻找该函数的一个实根。为了提高效率并确保准确性,采用二分法来逼近这个根的位置。 由于浮点运算存在固有的不精确性,在比较两个`double`类型的数值时应避免直接使用相等判断符 `==` ,而应该考虑绝对误差范围内的近似判定方法[^3]。具体来说就是利用标准库中的`fabs()` 函数测量两者差值的大小是否小于设定阈值ε(通常取\(1e^{-6}\))作为终止条件之一;另外还需满足迭代次数不超过上限的要以防止无限循环的发生。 #### C语言代码实现 下面给出完整的C语言版本解决方案: ```c #include <stdio.h> #include <math.h> // 定义多项式的系数以及值函数 #define EPSILON 1e-6 // 设定精度界限 double eval(double x, double *coefficients){ return coefficients[3]*pow(x, 3)+coefficients[2]*pow(x, 2)+ coefficients[1]*x+coefficients[0]; } int main(){ int i; double a,b; // 区间端点 double fa,fb,mid,fmid; double c[4]; // 多项式系数 scanf("%lf %lf",&a,&b); for(i=0;i<4;++i) scanf("%lf", &c[i]); fa = eval(a,c); fb = eval(b,c); while(fabs(b-a)>EPSILON){ // 当区间的长度大于预设的小量时继续分割 mid=(a+b)/2.0; fmid=eval(mid,c); if(fab(fmid)<EPSILON || fabs(fb-fa)<EPSILON)// 如果中间点接近零 或者两端点函数值几乎相同则停止搜索 break; if((fa>0 && fmid>0)||(fa<0&&fmid<0)) a=mid,fa=fmid; else b=mid,fb=fmid; } printf("%.4lf\n",(a+b)/2.0); // 输出最终得到的结果保留四位有效数字 } ``` 此段程序实现了基于二分查找算法解决特定形式三次方程组的方法,并且处理了可能出现的数据溢出情况下的边界问题[^2]。
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