Пусть дано уравнение
, (1)
где - непрерывная функция.
Требуется вычислить действительный корень уравнения, находящийся на отрезке .
Приводим заданное уравнение к виду
, (2)
где - некоторая непрерывная на отрезке функция.
Выбираем произвольное и подставляем его в правую часть равенства (2):
.
Аналогично получаем
;
;
…
.
Доказано, что если последовательность сходится, то её пределом является корень уравнения (2), а значит, и корень уравнения (1), так как уравнения (1) и (2) равносильны.
Для сходимости итерационного процесса исходное уравнение достаточно привести к виду так, чтобы выполнялось условие
(3)
при .
Это достигается различными способами. Например, уравнение заменяем равносильным . В этом случае . Параметр выбираем так, чтобы при . Уравнение можно преобразовать к виду разными способами, лишь бы функция удовлетворяла условию (3).
Пример 1. Привести уравнение к виду, пригодному для применения метода итераций. Единственный действительный корень заданного уравнения находится на отрезке , так как , .
|
|
Приводим исходное уравнение к виду
. (4)
В этом случае . Тогда , при .
Таким образом, достаточное условие сходимости итерационного процесса выполняется.
Метод итераций применим для решения уравнения (4). Выбираем произвольное , например, . Тогда
.
Аналогично определяются последующие приближения.
Пример 2. Привести уравнение к виду, пригодному для применения метода итераций.
Единственный корень заданного уравнения находится на отрезке . Рассмотренный в примере 1 способ в данном случае неприменим, так как при этом не удовлетворяется достаточное условие сходимости итерационного процесса. Заменяем исходное уравнение равносильным:
.
В этом случае
; .
Параметр находим из условия при , т.е. или при . Отсюда .
Полагаем, например, . Исходное уравнение преобразуем к виду
, (5)
причем при .
Методом итерации можно решать уравнение (5).
Выбираем произвольное . Пусть . Используя уравнение (5), вычисляем . Подставляя в правую часть равенства (5), получаем и т.д. Вычисления производим до тех пор, пока выполнится неравенство .
Типовый вариант
Вычислить корни уравнения методом итераций
с точностью e =10-5 на предварительно найденном интервале изоляции [a, b].
Реализация типового варианта