用牛顿-拉弗森法求平方根函数

牛顿法,又称牛顿-拉弗森方法,是一种在实数域和复数域上近似求解方程的有效方法。通过使用函数f(x)的泰勒级数前几项,牛顿法能够快速逼近方程f(y)=0的根。特别适用于求解方根问题,比二分法更高效。迭代公式为xn+1=xn-f(xn)/f′(xn),其中f′(xn)是导数。

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基本介绍
牛顿法(英语:Newton’s method)又称为牛顿-拉弗森方法(英语:Newton-Raphson method),它是一种在实数域和复数域上近似求解方程的方法。方法使用函数f(x)的泰勒级数的前面几项来寻找方程f(y)=0的根。

二分法可以求解方根,而使用牛顿迭代法可以更快地解出方根。现在,人们使用的计算器里面大多数都是运用的牛顿迭代法。

原理介绍
假设n=x2,现在求n的方根,即x2−n=0,把他转换为f(x)=x2−n,如上图所示选取x0作为求解方根的初始近似值,过点(x0,f(x0))作切线T,T的方程为y=f(x0)+f′(x0)(x−x0)求出T与x轴交点的横坐标x1=x0−f(x0)f′(x0),称x1为n方根的一次近似值过点(x1,f(x1))再作切线,并求得该切线与x轴交点的横坐标:x2=x1−f(x1)f′(x1)称x2为n方根的二次近似值。以此类推,得到牛顿法的迭代公式:xn+1=xn−f(xn)f′(xn)(注:f′(xn)是导数,这里也就是切线的斜率,数值是2∗xn猜测值在经过多次迭代后会越来越接近曲线的根,用数学术语来说就是,这个方程式f(x)=0在的时候收敛,故能求得近似n方根的值。牛顿法正因为有此明显的几何意义,所以也叫切线法。假设 n=x^{2} ,现在求n的方根,即x^{2}-n=0,把他转换为f(x)=x^{2}-n,如上图所示\\选取x_{0}作为求解方根的初始近似值,过点\left ( x_{0},f\left ( x_{0} \right ) \right )作切线T,T的方程为 \\y=f\left ( x_{0} \right ) +{f}'\left ( x_{0} \right )\left (x-x_{0} \right ) \\求出T与x轴交点的横坐标x_{1}=x_{0}-\frac{f\left ( x_{0} \right ) }{{f}'\left ( x_{0} \right )},称x_{1}为n方根的一次近似值 \\过点\left ( x_{1},f\left ( x_{1} \right ) \right )再作切线,并求得该切线与x轴交点的横坐标:x_{2}=x_{1}-\frac{f\left ( x_{1} \right ) }{{f}'\left ( x_{1} \right )}\\称x_{2}为n方根的二次近似值。以此类推,得到牛顿法的迭代公式:x_{n+1}=x_{n}-\frac{f\left ( x_{n} \right ) }{{f}'\left ( x_{n} \right )} \\(注:{f}'\left ( x_{n} \right )是导数,这里也就是切线的斜率,数值是2* x_{n}\\ 猜测值在经过多次迭代后会越来越接近曲线的根,用数学术语来说就是,这个方程式 \\f\left ( x \right )=0在的时候收敛,故能求得近似n方根的值。牛顿法正因为有此明显的几何意义,\\所以也叫切线法。n=x2nx2n=0f(x)=x2nx0(x0,f(x0))线TTy=f(x0)+f(x0)(xx0)Txx1=x0f(x0)f(x0)x1n(x1,f(x1))线线xx2=x1f(x1)f(x1)x2nxn+1=xnf(xn)f(xn)f(xn)线2xn线f(x)=0n线

图示如下
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