Newtonova metoda. 23. října 2012

Podobné dokumenty
Hledání kořenů rovnic jedné reálné proměnné metoda sečen Michal Čihák 23. října 2012

metoda Regula Falsi 23. října 2012

Hledání kořenů rovnic jedné reálné proměnné metoda půlení intervalů Michal Čihák 23. října 2012

Numerická matematika 1

METODA PŮLENÍ INTERVALU (METODA BISEKCE) METODA PROSTÉ ITERACE NEWTONOVA METODA

Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering Czech Technical University in Prague

DRN: Kořeny funkce numericky

Diferenciál funkce dvou proměnných. Má-li funkce f = f(x, y) spojité parciální derivace v bodě a, pak lineární formu (funkci)

Numerické řešení rovnice f(x) = 0

Soustavy lineárních rovnic-numerické řešení

Soustavy lineárních rovnic-numerické řešení. October 2, 2008

Funkce - pro třídu 1EB

Příklad 1 ŘEŠENÉ PŘÍKLADY Z M1A ČÁST 6

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE. Metody pro výpočet kořenů polynomů

Nelineární rovnice. Numerické metody 6. května FJFI ČVUT v Praze

VZÁJEMNÁ POLOHA DVOU PŘÍMEK

Důvodů proč se zabývat numerickou matematikou je více. Ze základní školy si odnášíme znalost, že číslo

Pedagogická poznámka: Celý obsah se za hodinu stihnout nedá. z ] leží na kulové ploše, právě když platí = r. Dosadíme vzorec pro vzdálenost:

VY_32_INOVACE_M-Ar 8.,9.20 Lineární funkce graf, definiční obor a obor hodnot funkce

Diferenciální počet 1 1. f(x) = ln arcsin 1 + x 1 x. 1 x 1 a x 1 0. f(x) = (cos x) cosh x + 3x. x 0 je derivace funkce f(x) v bodě x0.

Co je obsahem numerických metod?

f(x) = arccotg x 2 x lim f(x). Určete všechny asymptoty grafu x 2 2 =

Numerické řešení nelineárních rovnic

Numerická matematika Banka řešených příkladů

Připomenutí co je to soustava lineárních rovnic

Iterační metody řešení soustav lineárních rovnic. 27. prosince 2011

Numerické řešení nelineárních rovnic

Matematika pro informatiku 4

Soustavy nelineárních rovnic pomocí systému Maple. Newtonova metoda.

Funkce pro učební obory

Diferenciál a Taylorův polynom

Hledáme lokální extrémy funkce vzhledem k množině, která je popsána jednou či několika rovnicemi, vazebními podmínkami. Pokud jsou podmínky

Test M1-ZS12-2 M1-ZS12-2/1. Příklad 1 Najděte tečnu grafu funkce f x 2 x 6 3 x 2, která je kolmá na přímku p :2x y 3 0.

Extrémy funkce dvou proměnných

ANALYTICKÁ GEOMETRIE LINEÁRNÍCH ÚTVARŮ V ROVINĚ

y = 2x2 + 10xy + 5. (a) = 7. y Úloha 2.: Určete rovnici tečné roviny a normály ke grafu funkce f = f(x, y) v bodě (a, f(a)). f(x, y) = x, a = (1, 1).

MATLAB a numerické metody

4. OBYČEJNÉ DIFERENCIÁLNÍ ROVNICE

Matematika 1 pro PEF PaE

Kapitola 10: Diferenciální rovnice 1/14

Funkce a lineární funkce pro studijní obory

Řešení nelineárních rovnic

úloh pro ODR jednokrokové metody

Matematika I (KX001) Užití derivace v geometrii, ve fyzice 3. října f (x 0 ) (x x 0) Je-li f (x 0 ) = 0, tečna: x = 3, normála: y = 0

Matematika B 2. Úvodní informace

Dělení. Demonstrační cvičení 8 INP

Numerické řešení nelineárních rovnic

Příklady k analytické geometrii kružnice a vzájemná poloha kružnice a přímky

VZÁJEMNÁ POLOHA DVOU PŘÍMEK V ROVINĚ

Interpolace Lagrangeovy polynomy. 29. října 2012

Funkce jedné reálné proměnné. lineární kvadratická racionální exponenciální logaritmická s absolutní hodnotou

Matematika I A ukázkový test 1 pro 2011/2012. x + y + 3z = 1 (2a 1)x + (a + 1)y + z = 1 a

Monotonie a lokální extrémy. Konvexnost, konkávnost a inflexní body. 266 I. Diferenciální počet funkcí jedné proměnné

Parametrická rovnice přímky v rovině

Diferenciální rovnice 3

Je založen na pojmu derivace funkce a její užití. Z předchozího studia je třeba si zopakovat a orientovat se v pojmech: funkce, D(f), g 2 : y =

Parametrické rovnice křivek v E 2

Exponenciální rovnice. Metoda převedení na stejný základ. Cvičení 1. Příklad 1.

Soustavy lineárních diferenciálních rovnic I. řádu s konstantními koeficienty

Přijímací zkoušky z matematiky pro akademický rok 2017/18 NMgr. studium Učitelství matematiky ZŠ, SŠ

Břetislav Fajmon, UMAT FEKT, VUT Brno. Poznámka 1.1. A) první část hodiny (cca 50 minut): představení všech tří metod při řešení jednoho příkladu.

Libovolnou z probraných metod najděte s přesností na 3 desetinná místa kladný kořen rovnice. sin x + x 2 2 = 0.

Matematika (KMI/PMATE)

MATEMATIKA III. Olga Majlingová. Učební text pro prezenční studium. Předběžná verze

obecná rovnice kružnice a x 2 b y 2 c x d y e=0 1. Napište rovnici kružnice, která má střed v počátku soustavy souřadnic a prochází bodem A[-3;2].

2. spojitost (7. cvičení) 3. sudost/lichost, periodicita (3. cvičení) 4. první derivace, stacionární body, intervaly monotonie (10.

Semestrální písemka BMA3 - termín varianta A13 vzorové řešení

14. přednáška. Přímka

Obecná rovnice kvadratické funkce : y = ax 2 + bx + c Pokud není uvedeno jinak, tak definičním oborem řešených funkcí je množina reálných čísel.

Kristýna Kuncová. Matematika B3

Projekt OPVK - CZ.1.07/1.1.00/ Matematika pro všechny. Univerzita Palackého v Olomouci

Občas se používá značení f x (x 0, y 0 ), resp. f y (x 0, y 0 ). Parciální derivace f. rovnoběžného s osou y a z:

5.3. Implicitní funkce a její derivace

Obsah Obyčejné diferenciální rovnice

Numerické metody řešení nelineárních rovnic

Funkce dvou a více proměnných

Jednotky zrychlení odvodíme z výše uvedeného vztahu tak, že dosadíme za jednotlivé veličiny.

Numerické metody a programování. Lekce 7

ANALYTICKÁ GEOMETRIE HYPERBOLY

Matematika I A ukázkový test 1 pro 2014/2015

POSLOUPNOSTI A ŘADY INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Typy příkladů na písemnou část zkoušky 2NU a vzorová řešení (doc. Martišek 2017)

POSLOUPNOSTI A ŘADY INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Lineární funkce, rovnice a nerovnice 3 Soustavy lineárních rovnic

4 Rovnice a nerovnice

Definice globální minimum (absolutní minimum) v bodě A D f, jestliže X D f

ODR metody Runge-Kutta

Průběh funkce 1. Průběh funkce. Při vyšetření grafu funkce budeme postupovat podle následujícího algoritmu:

pouze u některých typů rovnic a v tomto textu se jím nebudeme až na

Aplikovaná matematika I

Moderní numerické metody

Matematika I, část I. Rovnici (1) nazýváme vektorovou rovnicí roviny ABC. Rovina ABC prochází bodem A a říkáme, že má zaměření u, v. X=A+r.u+s.

Elementární křivky a plochy

1.1 Existence a jednoznačnost řešení. Příklad 1.1: [M2-P1] diferenciální rovnice (DR) řádu n: speciálně nás budou zajímat rovnice typu

Funkce pro studijní obory

Studijní text pro obor G+K Katedra matematiky Fakulta stavební ROVNICE. Doc. RNDr. Milada Kočandrlová, CSc.

ANALYTICKÁ GEOMETRIE PARABOLY

MATEMATIKA. Příklady pro 1. ročník bakalářského studia. II. část Diferenciální počet. II.1. Posloupnosti reálných čísel

Variace. Kvadratická funkce

5. Interpolace a aproximace funkcí

Transkript:

Hledání kořenů rovnic jedné reálné proměnné Newtonova metoda Michal Čihák 23. října 2012

Newtonova metoda (metoda tečen) využívá myšlenku, že tečna v daném bodě grafu funkce nejlépe aproximuje graf funkce v blízkém okolí daného bodu v metodě sečen jsme pracovali se sečnami grafu funkce tečna grafu funkce je limitním případem sečny

Newtonova metoda (metoda tečen) využívá myšlenku, že tečna v daném bodě grafu funkce nejlépe aproximuje graf funkce v blízkém okolí daného bodu v metodě sečen jsme pracovali se sečnami grafu funkce tečna grafu funkce je limitním případem sečny

Algoritmus Newtonovy metody Předpokládejme, že p 0 je počáteční aproximace pro kořen p rovnice f(x) = 0 a že f (x) existuje v intervalu obsahujícím všechny aproximace kořenu p. Směrnice tečny grafu funkce f v bodě [p 0, f(p 0 )] je f (p 0 ) a tedy rovnice tečny grafu funkce f v bodě [p 0, f(p 0 )] je y = f(p 0 ) + f (p 0 )(x p 0 ).

Algoritmus Newtonovy metody Hodnota p 1 (další iterace) se určí jako průsečík tečny grafu funkce f v bodě [p 0, f(p 0 )] s osou x soustavy souřadnic. Do předchozí rovnice tedy dosadíme y = 0 0 = f(p 0 ) + f (p 0 )(x p 0 ) a rovnici vyřešíme (vyjádříme neznámou x)

Algoritmus Newtonovy metody x = p 0 f(p 0) f (p 0 ), za předpokladu, že f (p 0 ) 0. Získanou hodnotu označíme p 1. Stejným způsobem určíme aproximaci p 2 z aproximace p 1, atd.

Algoritmus Newtonovy metody shrnutí Pro n 0 se aproximace p n+1 hodnoty kořenu rovnice f(x) = 0 vypočítá z aproximace p n pomocí vztahu p n+1 = p n f(p n) f (p n ).

Newtonova metoda Pro ukončení algoritmu Newtonovy metody používáme dvě kritéria: 1. hodnota p n p n 1 klesne pod předem danou toleranci T OL 2. počet iterací algoritmu překročí předem danou mez N 0 (pojistka pro případ, že by metoda nekonvergovala)

Newtonova metoda Pro ukončení algoritmu Newtonovy metody používáme dvě kritéria: 1. hodnota p n p n 1 klesne pod předem danou toleranci T OL 2. počet iterací algoritmu překročí předem danou mez N 0 (pojistka pro případ, že by metoda nekonvergovala)

Příklad Zadání: Najděte kořen rovnice x 3 + 4x 2 10 = 0 s tolerancí 0,0005. Počáteční aproximace je p 0 = 1.

Příklad Zadání: Najděte kořen rovnice x 3 + 4x 2 10 = 0 s tolerancí 0,0005. Počáteční aproximace je p 0 = 1. Řešení: Nejprve určíme první derivaci funkce f(x) = x 3 + 4x 2 10 f (x) = 3x 2 + 8x. Poté postupně vypočítáme p 1, p 2,...

Příklad Zadání: Najděte kořen rovnice x 3 + 4x 2 10 = 0 s tolerancí 0,0005. Počáteční aproximace je p 0 = 1. Řešení: Nejprve určíme první derivaci funkce f(x) = x 3 + 4x 2 10 f (x) = 3x 2 + 8x. Poté postupně vypočítáme p 1, p 2,... Všimněte si, že p 4 p 3 = 0,0000065868, což je hodnota výrazně menší než daná hodnota T OL.

Konvergence Newtonovy metody Newtonova metoda je úspěšná za předpokladu, že derivace funkce f je nenulová v aproximacích kořenu p. ) Je-li f spojitá, pak je pro bezpečné fungování metody nutné, aby f (p) 0 a aby byla zvolena dostatečně přesná počáteční aproximace kořenu p. Kořen p rovnice f(x) = 0, pro který platí f (p) 0 se nazývá jednoduchý. Není-li kořen p rovnice f(x) = 0 jednoduchý, může Newtonova metoda i přesto konvergovat, konvergence je ale mnohem pomalejší.

Konvergence Newtonovy metody Newtonova metoda je úspěšná za předpokladu, že derivace funkce f je nenulová v aproximacích kořenu p. ) Je-li f spojitá, pak je pro bezpečné fungování metody nutné, aby f (p) 0 a aby byla zvolena dostatečně přesná počáteční aproximace kořenu p. Kořen p rovnice f(x) = 0, pro který platí f (p) 0 se nazývá jednoduchý. Není-li kořen p rovnice f(x) = 0 jednoduchý, může Newtonova metoda i přesto konvergovat, konvergence je ale mnohem pomalejší.

Konvergence Newtonovy metody Newtonova metoda je úspěšná za předpokladu, že derivace funkce f je nenulová v aproximacích kořenu p. ) Je-li f spojitá, pak je pro bezpečné fungování metody nutné, aby f (p) 0 a aby byla zvolena dostatečně přesná počáteční aproximace kořenu p. Kořen p rovnice f(x) = 0, pro který platí f (p) 0 se nazývá jednoduchý. Není-li kořen p rovnice f(x) = 0 jednoduchý, může Newtonova metoda i přesto konvergovat, konvergence je ale mnohem pomalejší.

Konvergence Newtonovy metody Newtonova metoda je úspěšná za předpokladu, že derivace funkce f je nenulová v aproximacích kořenu p. ) Je-li f spojitá, pak je pro bezpečné fungování metody nutné, aby f (p) 0 a aby byla zvolena dostatečně přesná počáteční aproximace kořenu p. Kořen p rovnice f(x) = 0, pro který platí f (p) 0 se nazývá jednoduchý. Není-li kořen p rovnice f(x) = 0 jednoduchý, může Newtonova metoda i přesto konvergovat, konvergence je ale mnohem pomalejší.

Příklad Příklad: Kořen p = 0 rovnice f(x) = e x x 1 = 0 není jednoduchý, protože f(0) = e 0 0 1 = 0 a také f (0) = e 0 1 = 0. Z tabulky je vidět, že Newtonova metoda konverguje ke kořenu p = 0 výrazně pomaleji než v předchozím příkladu.

Příklad Příklad: Kořen p = 0 rovnice f(x) = e x x 1 = 0 není jednoduchý, protože f(0) = e 0 0 1 = 0 a také f (0) = e 0 1 = 0. Z tabulky je vidět, že Newtonova metoda konverguje ke kořenu p = 0 výrazně pomaleji než v předchozím příkladu.