FAV-ZCU/KMA NM/Nelineární rovnice.md

66 lines
2.6 KiB
Markdown
Raw Blame History

This file contains ambiguous Unicode characters

This file contains Unicode characters that might be confused with other characters. If you think that this is intentional, you can safely ignore this warning. Use the Escape button to reveal them.

# Nelineární rovnice
Předpokládáme, že
1. reálná funkce $f$ je spojitá pro $x \in \langle a, b\rangle$,
2. $f(a) \cdot f(b) < 0$.
Potom existuje aspoň jedno řešení $x$ rovnice $f(x) = 0$ na $\langle a,b\rangle$.
## Metoda půlení intervalu
Máme interval $\langle a,b\rangle$, který budeme půlit. Vypočítáme funkční hodnotu $f(s_{i})$ v polovině intervalu.
Pokud funkční hodnota $f(s_{i})$ **stejné znaménko** jako funkční hodnota $f(a)$, změníme $a = s_{i}$, v opačném případě $b = s_{i}$.
- zastavovací podmínka - velikost intervalu
- výsledek je $x = \frac{a+b}{2}$
- vždy konverguje, ale velmi pomalu
## Metoda prosté iterace
Postup
1. z rovnice vyjádříme některé $x$
- $x^5 - x = \ln(x+4)$ do formátu $x_{k+1} = \sqrt[5]{ \ln(x_{k}+4) + x_{k} }$
2. určíme/dostaneme zadaný $\epsilon$ a $x_{0}$
- $\epsilon = 0.01$
- $x_{0} = 1$
3. dosazujeme hodnoty do rovnice, dokud nenastane zastavující podmínka
- $\vert x_{k} - x_{k-1} \vert < \epsilon$
| $k$ | $x_k$ | $\vert x_{k} - x_{k-1}\vert$ |
| --- | ----------- | ---------------------------- |
| 0 | 1 | - |
| 1 | 1,211460877 | 0,211460877 |
| 2 | 1,234081012 | 0,022620135 |
| 3 | 1,236396294 | 0,002315282 |
Postačující podmínky konvergence. Funkce $\varphi$ na intervalu $I = \langle a,b\rangle$ je spojitá a platí:
- $\forall x \in I : \varphi(x) \in I$ (funkce $\varphi$ zobrazuje $I$ do sebe)
- $\exists q \in \langle 0, 1) : \vert \varphi(x) - \varphi(y)\vert \leq q\vert x-y\vert \quad \forall x, y \in I$ (funkce $\varphi$ je kontrakce)
## Newtonova metoda
- $x_{0} = 1.236396294$
- z metody prosté iterace nebo zadáno
- $f(x) = x^5 - x - \ln(x+4)$
- vše převedeme na jednu stranu rovnice
- $f'(x) = 5x^4 - 1 - \frac{1}{x+4}$
- derivací funkce $f(x) = x^5 - x - \ln(x+4)$
Hodnotu poté $x_{0}$ zpřesňujeme vzorcem $x_{k+1} = x_{k} - \frac{f(x_{k})}{f'(x_{k})}$
- zastavovací podmínka $\vert x_{k+1} x_k\vert < \epsilon$ nebo $\vert f(x_k)\vert < \delta$
**Geometrický význam**
- také metoda tečen nebo metoda linearizace
- tvoříme tečny funkce v bodech $x_{k}$
- hodnota $x_{k+1}$ je průsečíkem tečny s osou $x$
Modifikovaná Newtonova metoda
- pokud se derivace moc nemění, můžeme místo $f'(x_{k})$ využívat $f'(x_{0})$
- tečnou je pouze první přímka, ty následující jsou na ni kolmé
Metoda sečen
- je i pro nediferencovatelné funkce
- $f'(x_{k})$ nahradíme za $\frac{f(x_{k}) - f(x_{k-1})}{x_{k}-x_{k-1}}$
- potřebujeme znát dvě počáteční hodnoty
- další iterace $x_{k+1}$ je průsečíkem sečny s osou $x$