几种具有高阶收敛速度的改进牛顿迭代法

(整期优先)网络出版时间:2013-03-13
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几种具有高阶收敛速度的改进牛顿迭代法

赵春阳杨彦萌牛振波

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摘要在本文,我们提出了具有不同阶的改进牛顿迭代法来求解非线性方程。这些改进的牛顿迭代法基于不同的思想构造出来。在正文中,我们会对这些迭代方法的构造思想进行详细地阐述,并对它们的收敛性加以严格证明。

关键词牛顿迭代法收敛速度收敛效率指数非线性方程迭代法

1.绪论

在科学研究与工程技术中常会遇到求解非线性方程的问题,其中若为多项式或超越函数则将该方程称为代数方程或超越方程。对于不高于四次的代数方程已有求根公式,而高于四次的代数方程则无精确的求根公式,至于超越方程就更无法求其精确解了。如在光的衍射理论中,我们需要求的根;在行星轨道的计算中,对任意的和,我们需要求的根;而在数学中,需要求次多项式的根。

近年来,随着计算机技术的快速发展,求解非线性方程的数值解法也有了很大的发展。一般来说,数值方法求根的近似值需要解决以下三个问题:(1)根的存在性。(2)根的隔离:找出有根区间,把有根区间分成较小的子区间,每个子区间有一个根,实现根的隔离。(3)根的精确化:对已知根的初始近似值,逐步精确化,使其近似程度提高,直到满足要求的精度。对于(1)和(2)所涉及的问题,我们可以利用文献[7]中所介绍的数学软件Mathematica和Matlab等的绘图功能绘制函数的图像,判断方程有无实根并找出方程的有根区间。

在文献[1,2]中介绍:求根方法中最简单、最直观的方法是二分法,但在实际应用中,求解非线性方程的主要方法是迭代法。它的基本思想是通过构造一个递推关系式(即迭代格式),计算出根的近似值序列,并希望该序列能够收敛于方程的根。

评价一个迭代公式的优劣,除了收敛条件外,还要看它的效率指数,即达到规定的精确度所花费的代价。因此如何构造收敛的迭代公式,分析公式的收敛条件和收敛速度,以及加快收敛的技术,这些都是迭代法研究的课题。

2.不同阶的改进牛顿迭代法的建立

2.1衡量迭代法优劣的标准

为了研究迭代法的收敛速度,先给出收敛阶和收敛效率指数的定义,它们是衡量一个迭代法优劣的标准。

2.1.1收敛阶