數(shù)學(xué)|牛頓迭代法

牛頓迭代法(Newton's method)又稱為牛頓-拉夫遜(拉弗森)方法(Newton-Raphson method),它是牛頓在17世紀(jì)提出的一種在實(shí)數(shù)域和復(fù)數(shù)域上近似求解方程的方法抠刺。

多數(shù)方程不存在求根公式蟀给,因此求精確根非常困難即横,甚至不可能,從而尋找方程的近似根就顯得特別重要跟衅。牛頓迭代法使用函數(shù) 的泰勒級(jí)數(shù)的前面幾項(xiàng)來(lái)尋找方程 的根年枕。牛頓迭代法是求方程根的重要方法之一标捺,其最大優(yōu)點(diǎn)是在方程 的單根附近具有平方收斂懊纳,而且該法還可以用來(lái)求方程的重根、復(fù)根亡容,此時(shí)線性收斂嗤疯,但是可通過(guò)一些方法變成超線性收斂。

上面的描述過(guò)于偏學(xué)術(shù)化闺兢,我們知道有些一元多次方程的最終解可能非常難求茂缚,如果直接求解的話,可能根本就沒(méi)有解方程的辦法屋谭,但是我們可以利用牛頓迭代法本質(zhì)上可以求出方程的近似的一個(gè)或者多個(gè)解脚囊。
原理

我們?cè)O(shè)方程函數(shù)f(x) = m,改方程可以轉(zhuǎn)化為g(x) = f(x) - m = 0我們只需要求出函數(shù)g(x) = 0的解,就可以求出f(x) = 0的解桐磁。

牛頓迭代公式

設(shè)rf(x) = 0的根悔耘,選取x_0作為r的初始近似值,則我們可以過(guò)點(diǎn)(x_0,f(x_0))做曲線y=f(x)的切線L,我們知道切線與x軸有交點(diǎn)我擂,我們已知切線L的方程為y=f(x_0)+f'(x_0)(x-x_0)我們求的它與x軸的交點(diǎn)為x_1 = x_0 - \frac{f(x_0)}{f'(x_0)}. 我們?cè)谝?img class="math-inline" src="https://math.jianshu.com/math?formula=(x_1%2Cf(x_1))" alt="(x_1,f(x_1))" mathimg="1">斜率為f'(x_1)做斜線衬以,求出與x軸的交點(diǎn)缓艳,重復(fù)以上過(guò)程直到f(x_n)無(wú)限接近于0即可。其中第n次的迭代公式為:

x_{n+1} = x_n - \frac{f(x_n)}{f'(x_n)}

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