Метод итераций

Пусть дано уравнение

, (2.1)

где - непрерывная функция. Заменим его равносильным уравнением

. (2.2)

Выберем каким-либо способом приближенное значение корня и подставим его в правую часть уравнения (2). Получим некоторое число . Повторим данную процедуру с x₁, получим . Повторяя описанную процедуру, будем иметь последовательность чисел:

, где n=1,2,…. (2.3)

Пусть у этой последовательности существует предел . Перейдем к пределу в равенстве (2.3). Предполагая функцию φ(х) непрерывной, найдем: или .

Таким образом, предел является корнем уравнения и может быть вычислен по формуле (2.3) с любой степенью точности.

На рисунке дана геометрическая интерпретация метода итераций в зависимости от знака производной функции φ(х).

Рис 2.10 φ^'(х) > 0.

Рис.2.11 φ^'(х) < 0

Достаточное условие сходимости процесса итераций определяется в следующей теореме.

Теорема 2.3: Пусть функция определена и дифференцируема на отрезке , причем все ее значения . Тогда, если существует правильная дробь q такая, что при , то

1. процесс итерации (n=1,2,..) сходится независимо от начального значения ;

2. предельное значение является единственным корнем уравнения на отрезке при .

Для оценки погрешности приближения x_n получается формула:

где ; а на [ a,b ] При заданной точности ответа ε итерационный процесс прекращается, если

. Если q<|0.5| , то .

Сходимость итерационной последовательности определяется видом функции φ(х). Преобразование к виду (2.2) можно провести различными способами. Чтобы обеспечить сходимость, можно искать решение в виде

, (2.4)

где k-целое число. Уравнение (2.4) это уравнение (2.1) с . Оно равносильно исходному уравнению (2.1). Для сходимости метода итераций по теореме 2.3 необходимо, чтобы . Дифференцируем φ(х) и получаем . Решаем неравенство :