Bài giảng: Giải gần đúng phương pháp tính | Phương pháp tính | Đại học Bách Khoa Hà Nội

Bài giảng: Giải gần đúng phương pháp tính | Phương pháp tính | Đại học Bách Khoa Hà Nội. Tài liệu được biên soạn giúp các bạn tham khảo, củng cố kiến thức, ôn tập và đạt kết quả cao kết thúc học phần. Mời các bạn đọc đón xem!

Gii g ần đúng phương trình
§1. Kho ng phân ly nghi m
1. Khong phân ly nghi m
Xét phương trình
( ) 0f x =
(1)
Ta nói
( , )a b
là kho ng phân ly nghi m
c u trong ủa phương trình nế
khoảng đó phương trình (1) ch có mt nghim thc
duy nh t.
Định lý: Gi s
( )f x
là hàm s liên t c trên t p
D R
. Khi đó
( , )a b D
là m t kho ng phân ly nghi m của phương trình (1) nếu
( )f x
u trên đơn điệ
( , )a b
2. Phương pháp hình học tìm kho ng phân ly nghi m
Gi ế thi t
( )f x
là hàm s liên t c trên t p
D R
. Để tìm kho ng phân ly
nghi m ta có th tiến hành như sau:
Kh đồo sát, v th hàm s
( )y f x
=
. Giao điể ủa đồm c th vi trc
hoành là điểm
0
D
x
. Kho ng phân ly nghi m của phương trình
(1) c ch n là lân c n v 2 phía cđượ a
0
x
, nghĩa là khoảng
( , )a b
sao cho
0
a x b
, nhưng phả ại điề ủa Địi kim tra l u kin c nh lý 1
để nh skhẳng đị duy nh t ca nghi m.
Trường hp
( )y f x
=
khó v , ta vi t l i d ế ại phương trình (1) dư ng
( ) ( )
h x g x
=
Kh đồo sát v th các hàm
( )y h x
=
( )y g x
=
trên cùng m t h
tr thc t m c ọa độ, hoành độ giao điể ủa hai đồ
0
x
. Lân c n v 2
phía ca
0
x
s là kho ng phân ly nghi u th nh lý 1. m nế ỏa mãn Đị
§2. Phương pháp chia đôi
Tóm t ắt phương pháp:
Cho phương trình
( ) 0f x =
thi t có nghi m thgi ế c
phân li trong khong
[ ; ]a b
.
Tính
( ) / 2c a b= +
nếu
( ) 0f c =
thì
x c=
là nghi m của phương trình
nếu
( ). ( ) 0f c f a
thì kho ng phân ly nghi i là m m
[ ; ]a c
, ngược li là
[ ; ]c b
, ký hi u là
1 1
[ ; ]a b
Lp l c trên n l c khoại bướ ần ta đượ ng phân ly nghim thu nh
[ ; ]
n n
a b
Ly
n
a
hoc
n
b
làm giá tr g a ần đúng củ
Sai s :
2
n
n n n
b a
aa b
=
§3. Phương pháp tiếp tuyến
Tóm t ắt phương pháp:
Cho phương trình
( ) 0f x =
thi t có nghi m thgi ế c
phân li trong khong
[ ; ]a b
.
Bước 1: Tính
'( ) ''( )
,
f x f x
và xét d u c a chúng (
'( ) ''( )
,
f x f x
i gi ph
nguyên d u trên
[ ; ]a b
)
Bước 2: Chn
0
x a=
hoc
0
x b=
u ki n thỏa mãn điề
0
( ). ''( ) ]0 [ ; f xx bx f a
Bước 3: T x p x đầu
0
x
, tính
1
1
1
( )
, 1,2,...
'( )
n
n
n
x
f x
x x n
f x
= =
Sau k l n l ặp ta thu được
k
x
là nghi m gần đúng của phương trình.
Sai s :
Công th c sai s t ng quát:
1
( )
n
n
f x
x
m
trong đó
1
'( ) [ ; ]0 f x x a bm
Công th c sai s p tuy phương pháp tiế ến:
2
2
1
1
2
n n
n
x
M
x
m
x
vi
2
''( )fM x
[ ; ]x a b
§4. Phương pháp dây cung
Tóm t ắt phương pháp:
Cho phương trình
( ) 0f x =
thi t có nghi m thgi ế c
phân li trong khong
[ ; ]a b
.
Bước 1: Tính
'( ) ''( )
,
f x f x
và xét d u c a chúng (
'( ) ''( )
,
f x f x
i gi ph
nguyên d u trên
[ ; ]a b
)
Bước 2: Chn
0
x a=
hoc
0
x b=
u ki n thỏa mãn điề
0
( ). ''( ) ]0 [ ; f xx bx f a
Khi đó
d b=
hoc
d a=
.
Bước 3: T x p x đầu
0
x
, tính
1
1 1
1
. ( )
( ) ( )
n
n
n n
n
d x
x x f x
f d f x
=
,
1,2,...n =
Sau k l n l ặp ta thu được
k
x
là nghi m gần đúng của phương trình.
Sai s :
Công th c sai s t ng quát:
1
( )
n
n
f x
x
m
trong đó
1
'( ) [ ; ]0 f x x a bm
Công th c sai s phương pháp dây cung:
1
1
1
1
.
n
n n
M
x
m
m
x x
trong đó
1
1
]0 '( ) [ ;
Mm f x x a b
§5. Phương pháp lặp đơn
Tóm t ắt phương pháp:
Cho phương trình
( ) 0f x =
thi t có nghi m thgi ế c
phân li trong khong
[ ; ]a b
.
Bước 1: Viết
( ) 0f x =
trong dng
( )x g x=
Bước 2: Ki u kiểm tra điề n
1'( )g x q
Bước 3: Chn x p x đầu
0
[ ; ]x a b
và tính
1
( ), 1, 2,...
n
n
x g x n
= =
Sau k l n l ặp ta thu được
k
x
là nghi m gần đúng của phương trình.
Sai s :
Công th c sai s t ng quát:
1
( )
n
n
f x
x
m
trong đó
1
'( ) [ ; ]0 f x x a bm
Công th c sai s n nghi ti m:
1 0
1
n
n
x
q
x
q
x
Công th c sau s h u nghi m:
1
1
n
n
n
q
x
q
x x
| 1/4

Preview text:

Gii gần đúng phương trình
§1. Khong phân ly nghim
1. Khong phân ly nghim Xét phương trình f (x) = 0 (1)
Ta nói (a,b) là khoảng phân ly nghiệm  của phương trình nếu trong
khoảng đó phương trình (1) chỉ có một nghiệm thực  duy nhất.
Định lý: Giả sử f (x) là hàm số liên tục trên tập D R . Khi đó (a,b)  D
là một khoảng phân ly nghiệm của phương trình (1) nếu f (a). f (b)  0 và
f (x) đơn điệu trên (a, b)
2. Phương pháp hình học tìm khong phân ly nghim
Giả thiết f (x) là hàm số liên tục trên tập D R . Để tìm khoảng phân ly
nghiệm ta có thể tiến hành như sau:
− Khảo sát, vẽ đồ thị hàm số y = f (x) . Giao điểm của đồ thị với trục
hoành là điểm x D . Khoảng phân ly nghiệm của phương trình 0
(1) được chọn là lân cận về 2 phía của x , nghĩa là khoảng (a,b) 0
sao cho a x b , nhưng phải kiểm tra lại điều kiện của Định lý 1 0
để khẳng định sự duy nhất của nghiệm.
− Trường hợp y = f (x) khó vẽ, ta viết lại phương trình (1) dưới dạng
h(x) = g(x)
Khảo sát vẽ đồ thị các hàm y = h(x) và y = g(x) trên cùng một hệ
trục tọa độ, hoành độ giao điểm của hai đồ thị là x . Lân cận về 2 0
phía của x sẽ là khoảng phân ly nghiệm nếu thỏa mãn Định lý 1. 0
§2. Phương pháp chia đôi
Tóm tắt phương pháp:
Cho phương trình f (x) = 0 giả thiết có nghiệm thực  phân li trong khoảng [ ; a b] .
− Tính c = (a + b) / 2
• nếu f (c) = 0 thì x = c là nghiệm của phương trình
• nếu f (c). f (a)  0 thì khoảng phân ly nghiệm mới là [ ;
a c] , ngược lại là [ ;
c b] , ký hiệu là [a ;b ] 1 1
− Lặp lại bước trên n lần ta được khoảng phân ly nghiệm thu nhỏ [ an; n b ]
Lấy a hoặc b làm giá trị gần đúng của  n n Sai s: b a
 − a b a = n n n 2n
§3. Phương pháp tiếp tuyến
Tóm tắt phương pháp:
Cho phương trình f (x) = 0 giả thiết có nghiệm thực  phân li trong khoảng [ ; a b] .
• Bước 1: Tính f '( )
x , f ''(x) và xét dấu của chúng ( f '( )
x , f ''(x) phải giữ nguyên dấu trên [ ; a ] b )
• Bước 2: Chọn x = a hoặc x = b thỏa mãn điều kiện 0 0
f (x ). f ''( )
x  0 x [ ; a b] 0
• Bước 3: Từ xấp xỉ đầu x , tính 0 f ( x − ) n 1 x = x − = − , n 1,2,... n n 1 f '(x ) x 1 −
Sau k lần lặp ta thu được x   là nghiệm gần đúng của phương trình. k Sai s:
• Công thức sai số tổng quát: f (x ) n x −   n m1
trong đó 0  m f '(x) x[ ; a b] 1
• Công thức sai số phương pháp tiếp tuyến: M 2 2 x −  x n n xn 1 2m − 1
với M f ''(x)   2 x [ ; a ] b
§4. Phương pháp dây cung
Tóm tắt phương pháp:
Cho phương trình f (x) = 0 giả thiết có nghiệm thực  phân li trong khoảng [ ; a b] .
• Bước 1: Tính f '( )
x , f ''(x) và xét dấu của chúng ( f '( )
x , f ''(x) phải giữ nguyên dấu trên [ ; a b] )
• Bước 2: Chọn x = a hoặc x = b thỏa mãn điều kiện 0 0
f (x ). f ''( )
x  0 x [ ; a ] b 0
Khi đó d = b hoặc d = a.
• Bước 3: Từ xấp xỉ đầu x0 , tính d xn 1 x = x − − .f (x ) n , n = 1, 2,... n−1 n−1
f (d) − f ( x − ) n 1
Sau k lần lặp ta thu được x   ệ k
là nghi m gần đúng của phương trình. Sai s:
• Công thức sai số tổng quát: f (x ) n x −   n m1
trong đó 0  m f '(x) x[ ; a b] 1
• Công thức sai số phương pháp dây cung: M m 1 1 x −   . x x n n n 1 m − 1
trong đó 0 m f '(x)  M x [a;b ] 1 1
§5. Phương pháp lặp đơn
Tóm tắt phương pháp:
Cho phương trình f (x) = 0 giả thiết có nghiệm thực  phân li trong khoảng [ ; a b] .
Bước 1: Viết f (x) = 0 trong dạng x = g(x)
Bước 2: Kiểm tra điều kiện g '(x)  q  1
Bước 3: Chọn xấp xỉ đầu x [ ; a ] b và tính 0 x = g (x = − ) , n 1, 2,... n n 1
Sau k lần lặp ta thu được x   là nghiệm gần đúng của phương trình. k Sai s:
• Công thức sai số tổng quát: f (x ) n x −   n m1
trong đó 0  m f '(x) x[ ; a b] 1
• Công thức sai số tiền nghiệm : n q −   − x n x x 1 0 1− q
• Công thức sau số hậu nghiệm : q x −   x x n n n 1 1 − q