如何求根的解析式的解的近似值?
在数学领域中,求解方程的根是基础且重要的任务。对于一些简单的方程,我们可以直接求出其根的精确值。然而,对于一些复杂的方程,我们往往需要求出其根的近似值。本文将详细介绍如何求根的解析式的解的近似值,帮助读者掌握这一数学技能。
一、什么是根的解析式
根的解析式是指用代数表达式表示方程的根。例如,对于一元二次方程 (ax^2+bx+c=0),其根的解析式为 (x=\frac{-b\pm\sqrt{b^2-4ac}}{2a})。
二、求根的解析式的解的近似值的方法
- 牛顿迭代法
牛顿迭代法是一种常用的求根近似值的方法。其基本思想是利用函数的连续性和可导性,通过不断迭代逼近方程的根。
牛顿迭代法步骤:
(1)选择一个初始值 (x_0);
(2)计算函数 (f(x)) 在 (x_0) 处的导数 (f'(x_0));
(3)计算下一个近似值 (x_1 = x_0 - \frac{f(x_0)}{f'(x_0)});
(4)重复步骤(2)和(3),直到满足精度要求。
案例分析:
求解方程 (f(x) = x^3 - 2x - 1) 的根。
(1)选择初始值 (x_0 = 1);
(2)计算 (f'(x) = 3x^2 - 2),得到 (f'(1) = 1);
(3)计算 (x_1 = 1 - \frac{1^3 - 2 \times 1 - 1}{3 \times 1^2 - 2} = 1.5);
(4)重复步骤(2)和(3),得到 (x_2 = 1.41667),(x_3 = 1.41421),(x_4 = 1.41421)。此时,近似值已经满足精度要求。
- 二分法
二分法是一种简单且有效的求根近似值的方法。其基本思想是将区间不断缩小,直到找到一个满足精度要求的近似值。
二分法步骤:
(1)选择一个包含根的区间 ([a, b]);
(2)计算区间中点 (c = \frac{a + b}{2});
(3)判断 (f(c)) 的符号,如果 (f(c) = 0),则 (c) 就是根;如果 (f(c) \neq 0),则根据 (f(c)) 的符号确定新的区间;
(4)重复步骤(2)和(3),直到满足精度要求。
案例分析:
求解方程 (f(x) = x^3 - 2x - 1) 的根。
(1)选择区间 ([0, 2]);
(2)计算中点 (c = \frac{0 + 2}{2} = 1),得到 (f(1) = -2);
(3)由于 (f(1) < 0),新的区间为 ([1, 2]);
(4)重复步骤(2)和(3),得到 (c = 1.5),(f(1.5) = 0.375),新的区间为 ([1, 1.5]);
(5)重复步骤(2)和(3),得到 (c = 1.25),(f(1.25) = -0.6875),新的区间为 ([1.25, 1.5]);
(6)重复步骤(2)和(3),得到 (c = 1.375),(f(1.375) = -0.109375),新的区间为 ([1.375, 1.5]);
(7)重复步骤(2)和(3),得到 (c = 1.4375),(f(1.4375) = 0.234375),新的区间为 ([1.375, 1.4375]);
(8)重复步骤(2)和(3),得到 (c = 1.40625),(f(1.40625) = -0.189453125),新的区间为 ([1.40625, 1.4375]);
(9)重复步骤(2)和(3),得到 (c = 1.421875),(f(1.421875) = 0.04296875),新的区间为 ([1.40625, 1.421875]);
(10)重复步骤(2)和(3),得到 (c = 1.4140625),(f(1.4140625) = -0.0458984375),新的区间为 ([1.4140625, 1.421875]);
(11)重复步骤(2)和(3),得到 (c = 1.41796875),(f(1.41796875) = 0.002197265625),新的区间为 ([1.4140625, 1.41796875]);
(12)重复步骤(2)和(3),得到 (c = 1.416015625),(f(1.416015625) = -0.02197265625),新的区间为 ([1.416015625, 1.41796875]);
(13)重复步骤(2)和(3),得到 (c = 1.4169921875),(f(1.4169921875) = 0.000732421875),新的区间为 ([1.416015625, 1.4169921875]);
(14)重复步骤(2)和(3),得到 (c = 1.41650390625),(f(1.41650390625) = -0.01098876953125),新的区间为 ([1.41650390625, 1.4169921875]);
(15)重复步骤(2)和(3),得到 (c = 1.4168017578125),(f(1.4168017578125) = 0.0003662109375),新的区间为 ([1.41650390625, 1.4168017578125]);
(16)重复步骤(2)和(3),得到 (c = 1.41665380859375),(f(1.41665380859375) = -0.00502783203125),新的区间为 ([1.41665380859375, 1.4168017578125]);
(17)重复步骤(2)和(3),得到 (c = 1.41673095703125),(f(1.41673095703125) = 0.0001650390625),新的区间为 ([1.41665380859375, 1.41673095703125]);
(18)重复步骤(2)和(3),得到 (c = 1.416689453125),(f(1.416689453125) = -0.0003281240234375),新的区间为 ([1.416689453125, 1.41673095703125]);
(19)重复步骤(2)和(3),得到 (c = 1.4167128916015625),(f(1.4167128916015625) = 0.00004489794921875),新的区间为 ([1.416689453125, 1.4167128916015625]);
(20)重复步骤(2)和(3),得到 (c = 1.416703367931640625),(f(1.416703367931640625) = -0.000013948486328125),新的区间为 ([1.416703367931640625, 1.4167128916015625]);
(21)重复步骤(2)和(3),得到 (c = 1.41670654296875),(f(1.41670654296875) = 0.000002417517822265625),新的区间为 ([1.416703367931640625, 1.41670654296875]);
(22)重复步骤(2)和(3),得到 (c = 1.4167058359375),(f(1.4167058359375) = -0.00000109857662353515625),新的区间为 ([1.4167058359375, 1.41670654296875]);
(23)重复步骤(2)和(3),得到 (c = 1.416706080078125),(f(1.416706080078125) = 0.00000052477880784375),新的区间为 ([1.4167058359375, 1.416706080078125]);
(24)重复步骤(2)和(3),得到 (c = 1.4167059814453125),(f(1.4167059814453125) = -0.000000262394403921875),新的区间为 ([1.4167059814453125, 1.416706080078125]);
(25)重复步骤(2)和(3),得到 (c = 1.4167059986572265625),(f(1.4167059986572265625) = 0.0000001301967019109375),新的区间为 ([1.4167059814453125, 1.4167059986572265625]);
(26)重复步骤(2)和(3),得到 (c = 1.4167059943115234375),(f(1.4167059943115234375) = -0.00000006509835095596875),新的区间为 ([1.4167059943115234375, 1.4167059986572265625]);
(27)重复步骤(2)和(3),得到 (c = 1.4167059964658203125),(f(1.4167059964658203125) = 0.000000032549175477984375),新的区间为 ([1.4167059943115234375, 1.4167059964658203125]);
(28)重复步骤(2)和(3),得到 (c = 1.4167059954169921875),(f(1.4167059954169921875) = -0.0000000162745877389921875),新的区间为 ([1.4167059954169921875, 1.4167059964658203125]);
(29)重复步骤(2)和(3),得到 (c = 1.4167059959580078125),(f(1.4167059959580078125) = 0.000000008134293869494140625),新的区间为 ([1.4167059954169921875, 1.4167059959580078125]);
(30)重复步骤(2)和(3),得到 (c = 1.4167059957197265625),(f(
猜你喜欢:故障根因分析