Локализовать корень уравнения f x 0 графически

1 Численный метод решения нелинейных уравнений

Видео:Численное решение уравнений, урок 1/5. Локализация корняСкачать

Численное решение уравнений, урок 1/5. Локализация корня

1.1 Область локализации корней

В общем виде любое уравнение одной переменной принято записывать так Локализовать корень уравнения f x 0 графически , при этом корнем (решением) называется такое значение x*, что Локализовать корень уравнения f x 0 графически оказывается верным тождеством. Уравнение может иметь один, несколько (включая бесконечное число) или ни одного корня. Как легко видеть, для действительных корней задача отыскания решения уравнения легко интерпретируется графически: корень есть такое значение независимой переменной, при котором происходит пересечение графика функции, стоящей в левой части уравнения f ( x ), с осью абсцисс.

Например , для уравнения Локализовать корень уравнения f x 0 графически выполним преобразование и приведем его к виду f(x)= 0 т.е. Локализовать корень уравнения f x 0 графически . График этой функции представлен на рисунке 1. Очевидно, что данное уравнение имеет два действительных корня – один на отрезке [-1, 0] , а второй – [1, 2].

Локализовать корень уравнения f x 0 графически

Рисунок 1. График функции Локализовать корень уравнения f x 0 графически

Таким образом, можно приблизительно определять область локализации корней уравнения. Заметим, что отделить корень можно не единственным образом: если корень отделён на каком-либо отрезке, то годится и любой меньший отрезок, содержащий этот корень. Вообще говоря, чем меньше отрезок, тем лучше, но при этом не следует забывать о том, что на отделение корня на меньших отрезках также тратятся вычислительные усилия, и, быть может, весьма значительные. Таким образом, часто для начала довольствуются весьма широким отрезком, на котором корень отделён.

Некоторые виды уравнений допускают аналитическое решение. Например, степенные алгебраические уравнения степени n Локализовать корень уравнения f x 0 графически при n ≤ 4. Однако, в общем виде, аналитическое решение, как правило, отсутствует. В этом случае, применяются численные методы. Все численные методы решения уравнений представляют собой итерационные алгоритмы последовательного приближения к корню уравнения. То есть, выбирается начальное приближение к корню x 0 и затем с помощью итерационной формулы генерируется последовательность x 1, x 2, …, xk сходящаяся к корню уравнения Локализовать корень уравнения f x 0 графически .

Видео:Метод Ньютона (метод касательных) Пример РешенияСкачать

Метод Ньютона (метод касательных) Пример Решения

1.2 Критерии сходимости при решении уравнений

Ø Абсолютная погрешность — абсолютное изменение приближения на соседних шагах итерации Локализовать корень уравнения f x 0 графически

Ø Относительная погрешность — относительное изменение приближения на соседних шагах итерации Локализовать корень уравнения f x 0 графически

Ø Близость к нулю вычисленного значения левой части уравнения (иногда это значение называют невязкой уравнения, так как для корня невязка равна нулю) Локализовать корень уравнения f x 0 графически

Видео:Отделение корней уравнений аналитическим методом. Уточнение корней методом половинного деленияСкачать

Отделение корней уравнений аналитическим методом. Уточнение корней методом половинного деления

1.3 Метод половинного деления (метод дихотомии)

Метод половинного деления основан на последовательном делении отрезка локализации корня пополам.

Для этого выбирается начальное приближение к отрезку [ a , b ], такое, что f ( a ) × f ( b ) Локализовать корень уравнения f x 0 графически — середине отрезка [ a , b ]. Если он противоположен знаку функции в точке a, то корень локализован на отрезке [ a , c ], если же нет – то на отрезке [ c , b ]. Схема метода дихотомии приведен на рис у нке 2.

Локализовать корень уравнения f x 0 графически

Рисунок 2. Последовательное деление отрезка пополам и приближение к корню Локализовать корень уравнения f x 0 графически

Алгоритм метода дихотомии можно записать так:

1. представить решаемое уравнение в виде Локализовать корень уравнения f x 0 графически

2. выбрать a, b и вычислить Локализовать корень уравнения f x 0 графически

3. если f(a) × f( с ) то a=a; b = c иначе a = c; b=b

4. если критерий сходимости не выполнен, то перейти к п. 2

Видео:Как найти корни уравнения в Excel с помощью Подбора параметраСкачать

Как найти корни уравнения в Excel с помощью Подбора параметра

Пример решения уравнения методом дихотомии

Найти решение заданного уравнения методом дихотомии с точностью до 10 -5 .

Пример создания расчетной схемы на основе метода дихотомии на примере уравнения: Локализовать корень уравнения f x 0 графическина отрезке [1, 2]

Данный метод заключается в проверке на каждой итерации условия:

если f ( a ) × f (с) Локализовать корень уравнения f x 0 графически и выбор соответствующего отрезка для следующей итерации.

Локализовать корень уравнения f x 0 графически

Локализовать корень уравнения f x 0 графически

Рисунок 3. Последовательность итераций метода дихотомии при поиске корня уравнения Локализовать корень уравнения f x 0 графическина отрезке [1, 2]

a ) схема расчета (зависимые ячейки); b) режим отображения формул;

Для нашего примера итерационная последовательность для нахождения решения принимает вид:

Локализовать корень уравнения f x 0 графически

Точность до пятой значащей цифры достигается за 20 итераций.

Скорость сходимости этого метода является линейной.

При выполнении начального условия он сходится к решению всегда.

Метод половинного деления удобен при решении физически реальных уравнений, когда заранее известен отрезок локализации решения уравнения.

Видео:Алгебра 8 класс (Урок№6 - Решение уравнений графическим способом.)Скачать

Алгебра 8 класс (Урок№6 - Решение уравнений графическим способом.)

2 Решение уравнений , используя “Подбор параметра ”

Используя возможности Excel можно находить корни нелинейного уравнения вида f(x)=0 в допустимой области определения переменной. Последовательность операций нахождения корней следующая:

1. Производится табулирование функции в диапазоне вероятного существования корней;

2. По таблице фиксируются ближайшие приближения к значениям корней;

3. Используя средство Excel Подбор параметра, вычисляются корни уравнения с заданной точностью.

При подборе параметра Excel использует итерационный (циклический) процесс. Количество итераций и точность устанавливаются в меню Сервис/Параметры/вкладка Вычисления. Если Excel выполняет сложную задачу подбора параметра, можно нажать кнопку Пауза в окне диалога Результат подбора параметра и прервать вычисление, а затем нажать кнопку Шаг, чтобы выполнить очередную итерацию и просмотреть результат. При решении задачи в пошаговом режиме появляется кнопка П родолжить — для возврата в обычный режим подбора параметра.

Видео:Найти корень уравнения на заданном интервале (MathCad)Скачать

Найти корень уравнения на заданном интервале (MathCad)

2.1 Пример решения уравнения, используя “Подбор параметра”

Например , найдем все корни уравнения 2x 3 -15sin(x)+0,5x-5=0 на отрезке [-3 ; 3].

Для локализации начальных приближений необходимо определить интервалы значений Х, внутри которых значение функции пересекает ось абсцисс, т.е. функция меняет знак. С этой целью табулируем функцию на отрезке [–3; 3] с шагом 0,2, получим табличные значения функции. Из полученной таблицы находим, что значение функции трижды пересекает ось Х, следовательно, исходное уравнение имеет на заданном отрезке все три корня.

Локализовать корень уравнения f x 0 графически

Локализовать корень уравнения f x 0 графически

Рисунок 4. Поиск приближенных значений корней уравнения

Выполните команду меню Сервис/Параметры, во вкладке Вычисления установите относительную погрешность вычислений E=0,00001, а число итераций N=1000, установите флажок Итерации.

Выполните команду меню Сервис/Подбор параметра. В диалоговом окне (рисунок 9) заполните следующие поля:

þ Установить в ячейке : в поле указывается адрес ячейки, в которой записана формула правой части функции;

þ Значение : в поле указывается значение, которое должен получить полином в результате вычислений, т.е. правая часть уравнения (в нашем случае 0);

þ Изменяя значение : в поле указывается адрес ячейки (где записано начальное приближение), в которой будет вычисляться корень уравнения и на которую ссылается формула.

Локализовать корень уравнения f x 0 графически

Рисунок 5. Диалоговое окно Подбор параметра для поиска первого корня

После щелчка на ОК получим значение первого корня -1,65793685 .

Выполняя последовательно операции аналогичные предыдущим, вычислим значения остальных корней: -0,35913476 и 2,05170101 .

Видео:7 класс, 35 урок, Графическое решение уравненийСкачать

7 класс, 35 урок, Графическое решение уравнений

3 Решение уравнений и систем уравнений, используя надстройку “Поиск решения”

Для решения уравнений можно также использовать команду Поиск решения, доступ к которой реализуется через пункт меню Сервис/Поиск решения.

Последовательность операций нахождения корней следующая:

1. Найти приближенное значение корня уравнения

2. Открыть диалог Поиск решения и установить следующие параметры (рисунок 10):

þ в поле У становить целевую ячейку ввести адрес ячейки, содержащей формулу (левую часть уравнения);

þ установить переключатель в положение ‘ значению’ и ввести значение 0 (правая часть уравнения);

þ в поле Изменяя ячейки ввести адреса изменяемых ячеек, т.е. аргумента x целевой функции,;

þ в поле Ограничения с помощью кнопки Д обавить ввести все ограничения, которым должен отвечать результат поиска (область поиска корня уравнения);

þ для запуска процесса поиска решения нажать кнопку В ыполнить.

þ Для сохранения полученного решения необходимо использовать переключатель С охранить найденное решение в открывшемся окне диалога Результаты поиска решения.

Локализовать корень уравнения f x 0 графически

Рисунок 6. Диалоговое окно Поиск решения

Полученное решение зависит от выбора начального приближения. Поиск начальных приближений рассмотрен выше.

Рассмотрим некоторые Опции, управляющие работой Поиска решения, задаваемые в окне Параметры (окно появляется, если нажать на кнопку Параметры окна Поиск решения):

þ Максимальное время — ограничивает время, отведенное на процесс поиска решения (по умолчанию задано 100 секунд, что достаточно для задач, имеющих около 10 ограничений, если задача большой размерности, то время необходимо увеличить).

þ Относительная погрешность — задает точность, с которой определяется соответствие ячейки целевому значению или приближение к указанным ограничениям (десятичная дробь от 0 до 1).

þ Неотрицательные значения — этим флажком можно задать ограничения на переменные, что позволит искать решения в положительной области значений, не задавая специальных ограничений на их нижнюю границу.

þ Показывать результаты итераций — этот флажок позволяет включить пошаговый процесс поиска, показывая на экране результаты каждой итерации.

þ Метод поиска — служит для выбора алгоритма оптимизации. Метод Ньютона был рассмотрен ранее. В Методе сопряженных градиентов запрашивается меньше памяти, но выполняется больше итераций, чем в методе Ньютона. Данный метод следует использовать, если задача достаточно велика и если итерации дают слишком малое отличие в последовательных приближениях.

Локализовать корень уравнения f x 0 графически

Рисунок 7. Вкладка Параметры окна Поиск решения

Видео:Алгоритмы. Нахождение корней уравнений методом деления отрезка пополам.Скачать

Алгоритмы. Нахождение корней уравнений методом деления отрезка пополам.

3.1 Пример решения уравнения, используя надстройку “Поиск решения”

Например , найдем все корни уравнения 2x 3 -15sin(x)+0,5x-5=0 на отрезке [-3 ; 3]. Для локализации начальных приближений необходимо определить интервалы значений Х, внутри которых значение функции пересекает ось абсцисс, т.е. функция меняет знак. С этой целью табулируем функцию на отрезке [–3;3] с шагом 0,2, получим табличные значения функции. Из полученной таблицы находим, что значение функции трижды пересекает ось Х, следовательно, исходное уравнение имеет на заданном отрезке все три корня. На рисунке 12 представлен пример заполнения окна Поиск решения для нахождения первого корня на отрезке [-2; -1].

Локализовать корень уравнения f x 0 графически

Рисунок 8. Пример решения уравнения при помощи надстройки Поиск решения

Видео:Как решать дробно-рациональные уравнения? | МатематикаСкачать

Как решать дробно-рациональные уравнения? | Математика

Задание 1. Решение уравнений численным методом

На листе 1 (название листа: Численные методы) для заданного уравнения вида f(x)=0 (Таблица 1. Индивидуальные задания ) реализовать итерационные расчетные схемы методов, указанных в Таблице 1 для нахождения хотя бы одного корня на заданном интервале. Количество итераций просчитать, оценивая Локализовать корень уравнения f x 0 графически , Локализовать корень уравнения f x 0 графически.

Видео:Дробно-рациональные уравнения. 8 класс.Скачать

Дробно-рациональные уравнения. 8 класс.

Задания 2. Решение уравнений встроенными средствами “Подбор параметра” и “Поиск решения”

На листе 2 (название листа: Подбор Поиск) для заданного уравнения вида f(x)=0 (Таблица 1. Индивидуальные задания) на заданном интервале и с некоторым шагом (шаг выбрать самостоятельно) построить таблицу значений функции f(x) и определить количество корней уравнения и выделить интервалы, на которых находятся корни. Построить график функции. Уточнить на заданных интервалах с точностью до 10 -6 корни уравнения с помощью встроенных средств: Подбор параметра, Поиск решения

Видео:Cистемы уравнений. Разбор задания 6 и 21 из ОГЭ. | МатематикаСкачать

Cистемы уравнений. Разбор задания 6 и 21 из ОГЭ.  | Математика

Локализация и отделение корня

ЛЕКЦИЯ 3

Постановка задачи

Пусть требуется решить уравнение Локализовать корень уравнения f x 0 графически.

Эта задача может быть решена точно лишь для очень узкого класса функций. Уже для многочленов степени выше четырех не существует формул, выражающих их корни через коэффициенты с помощью радикалов. Для большинства же уравнений, встречающихся в различных приложениях математики и технических задачах, приближенные методы решения являются единственно возможными.

Приближенно решить уравнение или вычислить корень уравнения Локализовать корень уравнения f x 0 графическис заданной точностью Локализовать корень уравнения f x 0 графически— это значит найти такое число Локализовать корень уравнения f x 0 графически, для которого выполняется неравенство Локализовать корень уравнения f x 0 графически, то есть указать на числовой прямой точку, лежащую на расстоянии не большем, чем допустимая погрешность, от точного значения корня.

Приближенное решение уравнения распадается на несколько задач:

·Локализация и отделение корня.

·Вычисление корня уравнения с заданной точностью Локализовать корень уравнения f x 0 графически.

Локализация и отделение корня

Локализация корней ¾ необходимо определить количество, характер и расположение корней на числовой прямой. Все следующие задачи решаются для каждого корня в отдельности.

Отделение корня ¾ нужно указать отрезок Локализовать корень уравнения f x 0 графически, внутри которого лежит один и только один корень данного уравнения.

Оба шага выполняются с помощью исследования функции методами математического анализа. Обычно строится схема графика функции и на основании первой теоремы Больцано–Коши и признака монотонности функции делается вывод.

Теорема 1. (Первая теорема Больцано–Коши) Если функция Локализовать корень уравнения f x 0 графическинепрерывна на отрезке Локализовать корень уравнения f x 0 графическии на его концах принимает значения разного знака, т.е. Локализовать корень уравнения f x 0 графическито на этом отрезке существует хотя бы одна точка, в которой функция обращается в ноль.

Теорема 2. Для того чтобы дифференцируемая на интервале Локализовать корень уравнения f x 0 графическифункция Локализовать корень уравнения f x 0 графическивозрастала (убывала) на этом интервале, необходимо и достаточно, чтобы во всех его точках производная была неотрицательной Локализовать корень уравнения f x 0 графически(неположительной) Локализовать корень уравнения f x 0 графически.

Т.о. первая теорема обеспечивает существование корня на отрезке, а вторая его единственность.

Дано уравнение Локализовать корень уравнения f x 0 графически. Отделить корень уравнения.

Перепишем уравнение в виде Локализовать корень уравнения f x 0 графическии построим графики функций.

Из рисунка видно, что корень принадлежит отрезку Локализовать корень уравнения f x 0 графически. Обоснуем это аналитически.

Локализовать корень уравнения f x 0 графическинепрерывная.

Локализовать корень уравнения f x 0 графически, Локализовать корень уравнения f x 0 графическипо теореме 1.1 на отрезке существует корень.

Локализовать корень уравнения f x 0 графическина Локализовать корень уравнения f x 0 графически, значит функция возрастает. Это обеспечивает единственность корня.

Метод половинного деления (бисекции)

Пусть имеется отрезок Локализовать корень уравнения f x 0 графически, содержащий единственный корень уравнения Локализовать корень уравнения f x 0 графически.

Ограничения. Никаких ограничений для функции нет.

Алгоритм. Обозначим отрезок Локализовать корень уравнения f x 0 графически. Делим отрезок пополам точкой Локализовать корень уравнения f x 0 графически. Если Локализовать корень уравнения f x 0 графически, из двух получившихся отрезков Локализовать корень уравнения f x 0 графическии Локализовать корень уравнения f x 0 графическивыбираем тот, который содержит корень уравнения, т.е. тот на концах которого, функция принимает значения разных знаков, его обозначим Локализовать корень уравнения f x 0 графически. Этот новый отрезок Локализовать корень уравнения f x 0 графическиделим пополам и т.д. В результате получим последовательность вложенных отрезков Локализовать корень уравнения f x 0 графически.

Теорема 3. Для любой последовательности вложенных отрезков существует единственная точка, принадлежащая всем отрезкам этой последовательности.

Эта точка и есть корень уравнения.

Правило остановки. Процесс деления продолжается до тех пор, пока длина отрезка Локализовать корень уравнения f x 0 графическине станем меньше Локализовать корень уравнения f x 0 графически, действительно Локализовать корень уравнения f x 0 графически, тогда в качестве Локализовать корень уравнения f x 0 графическиможно взять Локализовать корень уравнения f x 0 графическиили любую точку этого отрезка.

Середина Локализовать корень уравнения f x 0 графически-го отрезка дает приближение к корню, имеющее оценку погрешности Локализовать корень уравнения f x 0 графически. Это показывает, что метод сходится со скоростью геометрической прогрессии со знаменателем Локализовать корень уравнения f x 0 графически. Это довольно медленно.

· Метод очень прост.

· Не имеет ограничений

· Если есть проблемы с отделением корня и в отрезке их несколько, то не понятно к какому сходимся.

· Метод не применим к корням четной кратности.

· Не обобщается на системы уравнений.

Вычислим корень уравнения Локализовать корень уравнения f x 0 графическис точностью Локализовать корень уравнения f x 0 графически.

Локализовать корень уравнения f x 0 графически Локализовать корень уравнения f x 0 графически Локализовать корень уравнения f x 0 графически Локализовать корень уравнения f x 0 графически Локализовать корень уравнения f x 0 графически Локализовать корень уравнения f x 0 графически
-11,718
0,5-0,1011,7180,5
0,50,75-0,1010,680,25
0,50,625-0,1010,2590,125
0,50,563-0,1010,0710,063
0,5310,563-0,0160,0710,032
0,5310,547-0,0160,0270,016
0,5310,539-0,0160,0050,008

Ограничения. Этот метод может быть использован только в том случае, если функция Локализовать корень уравнения f x 0 графическина отрезке Локализовать корень уравнения f x 0 графическине имеет точек перегиба, т.е. Локализовать корень уравнения f x 0 графическипостоянна по знаку.

Алгоритм. Через точки кривой Локализовать корень уравнения f x 0 графически Локализовать корень уравнения f x 0 графическипроведем хорду: Локализовать корень уравнения f x 0 графическиили после преобразований Локализовать корень уравнения f x 0 графически.

По рисунку видно, что точка пересечения хорды с осью абсцисс лежит правее точки Локализовать корень уравнения f x 0 графически, т.е. находится ближе к корню, для нее Локализовать корень уравнения f x 0 графически,

т.е. Локализовать корень уравнения f x 0 графически

или Локализовать корень уравнения f x 0 графически.

Эту точку будем считать первым приближением корня, т.е. Локализовать корень уравнения f x 0 графически.

Теперь вместо отрезка Локализовать корень уравнения f x 0 графическиможно использовать Локализовать корень уравнения f x 0 графически. При этом получим точку Локализовать корень уравнения f x 0 графическии т.д.

Таким образом, получим последовательность значений Локализовать корень уравнения f x 0 графически: если Локализовать корень уравнения f x 0 графически, то Локализовать корень уравнения f x 0 графически.

На следующем рисунке

Локализовать корень уравнения f x 0 графически, тогда Локализовать корень уравнения f x 0 графически.

Теорема 4. Если функция Локализовать корень уравнения f x 0 графическинепрерывна и выпукла на отрезке Локализовать корень уравнения f x 0 графическии Локализовать корень уравнения f x 0 графически, то уравнение Локализовать корень уравнения f x 0 графическиимеет на отрезке единственный корень, и последовательность Локализовать корень уравнения f x 0 графическимонотонно сходится к нему.

Как видно, метод дает приближение к корню только с одной стороны и близость друг к другу последовательных приближений не обеспечивает близость к корню.

При выборе нулевого приближения следует руководствоваться рисунком или следующим правилом: Локализовать корень уравнения f x 0 графически.

Если Локализовать корень уравнения f x 0 графически, то вычисления можно прекратить, когда выполнено условие Локализовать корень уравнения f x 0 графически. Это правило универсальное и может быть использовано для любого метода. Причем в силу выпуклости функции можно утверждать, что Локализовать корень уравнения f x 0 графически.

Вычислим корень уравнения Локализовать корень уравнения f x 0 графическис точностью Локализовать корень уравнения f x 0 графически.

Ранее установлено, что корень принадлежит отрезку Локализовать корень уравнения f x 0 графически.

Локализовать корень уравнения f x 0 графически, Локализовать корень уравнения f x 0 графическидля всех Локализовать корень уравнения f x 0 графически.

Т.к. Локализовать корень уравнения f x 0 графически, Локализовать корень уравнения f x 0 графическивозьмем Локализовать корень уравнения f x 0 графически, Локализовать корень уравнения f x 0 графически.

Будем использовать правило остановки 1, для этого вычислим Локализовать корень уравнения f x 0 графическии Локализовать корень уравнения f x 0 графическии возьмем Локализовать корень уравнения f x 0 графически.

Локализовать корень уравнения f x 0 графически Локализовать корень уравнения f x 0 графически Локализовать корень уравнения f x 0 графически
-1
0,368-0,42
0,492-0,122
0,526-0,032
0,534-0,008

Ограничения. Те же что и для метода хорд.

Алгоритм. Выберем Локализовать корень уравнения f x 0 графическииз условия Локализовать корень уравнения f x 0 графически, т.е. конец отрезка противоположенный тому, который использовали в методе хорд.

Через точку Локализовать корень уравнения f x 0 графическипроведем касательную к функции Локализовать корень уравнения f x 0 графически: Локализовать корень уравнения f x 0 графически. Положив Локализовать корень уравнения f x 0 графически, найдем точку пересечения касательной с осью абсцисс: Локализовать корень уравнения f x 0 графически. Точка Локализовать корень уравнения f x 0 графическинаходится к корню ближе, чем Локализовать корень уравнения f x 0 графически. Продолжим построение касательных и вычисление последовательных приближений к корню по формуле Локализовать корень уравнения f x 0 графически.

Для метода касательных также можно сформулировать теорему о сходимость этой последовательности к корню, аналогичную методу хорд.

Можно использовать правила из предыдущего метода.

Скорость сходимости. При выборе начального приближения из достаточно малой окрестности корня метод сходится квадратично, т.е. скорость сходимости велика. Для кратного корня скорость геометрической прогрессии.

Вычислим корень уравнения Локализовать корень уравнения f x 0 графическис точностью Локализовать корень уравнения f x 0 графически.

Возьмем Локализовать корень уравнения f x 0 графически, т.к. Локализовать корень уравнения f x 0 графически.

Будем использовать правило остановки 4, для этого вычислим Локализовать корень уравнения f x 0 графическии Локализовать корень уравнения f x 0 графически. Тогда Локализовать корень уравнения f x 0 графически

Видео:Информатика 2. S01.E08. Отделение корня уравненияСкачать

Информатика 2. S01.E08. Отделение корня уравнения

Отделение корней В Excel

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

Видео:8 класс, 21 урок, Графическое решение уравненийСкачать

8 класс, 21 урок, Графическое решение уравнений

Лабораторная работа

Видео:Графический метод решения уравнений 8 классСкачать

Графический метод решения уравнений   8 класс

Отделение корней нелинейного уравнения

Пусть имеется нелинейное уравнение Локализовать корень уравнения f x 0 графически.

Требуется найти корни этого уравнения. Численный процесс приближенного решения поставленной задачи разделяют два этапа: отделение корня и уточнение корня.

Для отделения корня необходимо определить промежуток аргумента Локализовать корень уравнения f x 0 графически, где содержится один и только один корень уравнения. Одна из точек этого промежутка принимается за начальное приближение корня. В зависимости от метода, который предполагается использовать для уточнения корня, требуется определение некоторых свойств отделенного корня и поведения функции на отрезке отделения. Например, при использовании метода деления пополам, необходимо и достаточно установить лишь непрерывность функции на отрезке отделения.

Этап отделения корня уравнения алгоритмизирован только для некоторых классов уравнений (наиболее известным из которых является класс алгебраических уравнений), поэтому отделение корней нелинейных уравнений, обычно, выполняется «вручную» с использованием всей возможной информации о функции Локализовать корень уравнения f x 0 графически. Часто применяется графический метод отделения действительных корней, обладающий большой наглядностью.

Методы отделения корней

Отделение корней во многих случая можно произвести графически. Учитывая, что действительные корни уравнения F ( x )=0 – это есть точки пересечения графика функции y = F ( x ) с осью абсцисс y =0, нужно построить график функции y = F ( x ) и на оси OX отметить отрезки, содержащие по одному корню. Но часто для упрощения построения графика функции y = F ( x ) исходное уравнение заменяют равносильным ему уравнением f 1 ( x )= f 2 ( x ). Далее строятся графики функций y 1 = f 1 ( x ) и y 2 = f 2 ( x ), а затем по оси OX отмечаются отрезки, локализующие абсциссы точек пересечения двух графиков.

На практике данный способ реализуется следующим образом: например, требуется отделить корни уравнения cos(2 x )+ x -5=0 графически на отрезке [–10;10], используя Excel .

Построим график функции f (x)=cos(2 x )+x-5 в декартовой системе координат. Для этого нужно:

Ввести в ячейку A1 текст х .

Ввести в ячейку B1 текст y =cos(2 x )+ x -5.

Ввести в ячейку А2 число -10, а в ячейку А3 число -9.

Выделить ячейки А2 и А3.

Навести указатель «мыши» на маркер заполнения в правом нижнем углу рамки, охватывающий выделенный диапазон. Нажать левую кнопку «мыши» и перетащить маркер так, чтобы рамка охватила диапазон ячеек А2:А22.

Ячейки автоматически заполняются цифрами :

Ввести в ячейку В2 формулу =COS(2*A2)+A2-5.

Методом протягивания заполнить диапазон ячеек В3:В22.

Вызвать «Мастер диаграмм» и выбрать диаграмму график (первый вид), нажать «далее».

Указать диапазон данных, для этого щелкнуть кнопку в поле «Диапазон» и выбрать диапазон данных В2:В22.

Выбрать вкладку ряд, указать имя ряда, щелкнув кнопку в поле «ряд» и выбрав В1.

В поле «подписи по оси Х», щелкнуть кнопку и выбрать диапазон А2:А22, нажать «далее».

Подписать названия осей x и y соответственно, нажать «далее».

Вывести диаграмму на том же листе, что и таблица, нажать кнопку «готово».

В итоге получаем следующее (рисунок 1):

Локализовать корень уравнения f x 0 графически

Рисунок 1 – Локализация корня

Анализируя полученное изображение графика, можно сказать, что уравнение cos(2 x )+ x -5=0 имеет один корень – это видно из пересечения графика функции y=cos(2 x )+ x -5 с осью OX. Можно выбрать отрезок, содержащий данный корень: [5;6] – отрезок локализации .

Для подтверждения полученных данных, можно решить эту же задачу вторым способом. Для этого необходимо уравнение cos(2 x )+ x -5=0 преобразовать к виду: cos(2 x )=5- x . Затем следует каждую часть уравнения рассмотреть как отдельную функцию. Т. е. y 1 =cos(2 x ) и y 2 =5- x . Для решения этой задачи в Excel необходимо выполнить следующие действия:

Вести в ячейки А1:C1 соответственно текст: « x », « y 1 =cos(2 x )», « y 2 =5- x ».

A2:A22 заполнить так же как при решении задачи первым способом.

В В2 ввести формулу =COS(2*A2).

Методом протягивания заполнить диапазон ячеек В3:В22.

В С2 ввести =5-A2.

Методом протягивания заполнить диапазон ячеек С3:С22.

С помощью Мастера диаграмм выбрать график (первый вид).

В данном случае диапазон данных следует указывать для построения двух графиков. Для этого нужно нажать кнопку в поле «Диапазон» и выделить ячейки В2:В22, затем нажать Ctrl (на клавиатуре) и выделить следующий диапазон C2:C22.

Перейти на вкладку ряд, где выбрать именем ряда 1 ячейку В1, а именем ряда 2 ячейку С2.

Подписать ось x , выбрав диапазон А2:А22.

Подписать соответственно оси x и y .

Поместить диаграмму на имеющемся листе.

Результат представлен на рисунке 2: Анализируя полученный результат, можно сказать, что точка пересечения двух графиков попадает на тот же самый отрезок локализации [5;6] , что и при решении задачи первым способом.

Локализовать корень уравнения f x 0 графически

Рисунок 2 – Локализация корня

Видео:5.1 Численные методы решения уравнений F(x)=0Скачать

5.1 Численные методы решения уравнений F(x)=0

Аналитический способ отделения корней

Аналитический способ отделения корней основан на следующей теореме , известной из курса математического анализа.

ТЕОРЕМА: Если непрерывная на Локализовать корень уравнения f x 0 графическифункция Локализовать корень уравнения f x 0 графически, определяющая уравнение Локализовать корень уравнения f x 0 графически, на концах отрезка Локализовать корень уравнения f x 0 графическипринимает значения разных знаков, т.е. Локализовать корень уравнения f x 0 графически, то на этом отрезке содержится, по крайней мере, один корень уравнения. Если же функция Локализовать корень уравнения f x 0 графическинепрерывна и дифференцируема и ее производная сохраняет знак внутри отрезка Локализовать корень уравнения f x 0 графически, то на этом отрезке находится только один корень уравнения.

В случае, когда на концах интервала функция имеет одинаковые знаки, на этом интервале корни либо отсутствуют, либо их четное число.

Для отделения корней аналитическим способом выбирается отрезок Локализовать корень уравнения f x 0 графически, на котором находятся все интересующие вычислителя корни уравнения. Причем на отрезке Локализовать корень уравнения f x 0 графическифункция F (x) определена, непрерывна и F ( a )* F ( b ) . Требуется указать все частичные отрезки , содержащие по одному корню.

БЛокализовать корень уравнения f x 0 графически
удем вычислять значение функции F ( x ) , начиная с точки x = a , двигаясь вправо с некоторым шагом h . Если F ( x )* F (x+ h ) , то на отрезке [ x ; x + h ] существует корень (рисунок 3).

Рисунок 3 – Аналитический способ локализации корней

Доказательство существования и единственности корня на отрезке.

В качестве примера рассмотрим функцию f (x)=cos(2 x )+x-5 .

Ввести в ячейки А1, В1 и С1 соответственно « x », « y =cos(2 x )+ x -5» и «ответ».

В А2 и А3 ввести граничные значения отрезка изоляции.

В В2 ввести формулу =COS(2*A2)+A2-5 и методом протягивания заполнить В3.

В С2 ввести формулу =ЕСЛИ(B2*B3

Таким образом, на отрезке изоляции корень существует:

РЛокализовать корень уравнения f x 0 графически
исунок 4 – Проверка существования корня на отрезке

Для доказательства единственности корня на отрезке изоляции необходимо выполнить следующие действия:

Продолжить работу в том же документе MS Excel.

Заполнить D1 и E1 соответственно: « y’ =-sin(2 x )*2+1» и «ответ» (причем выражение y’ =-sin(2 x )*2+1 – это производная первого порядка от функции y =cos(2 x )+ x -5).

Ввести в D2 формулу =-SIN(2*A2)*2+1 и методом протягивания заполнить D3.

Ввести в E2 =ЕСЛИ(D2*D3>0;»корень на данном отрезке единственный»;»Корень не единственный»).

ВЛокализовать корень уравнения f x 0 графически
результате получаем (рисунок 5):

Рисунок 5 – Доказательство единственности корня на отрезке

Таким образом доказано существование и единственность корня на отрезке изоляции.

Рассмотрим решение задачи отделения корней уравнения
cos(2 x )+ x -5=0 аналитическим способом с шагом 1 на отрезке [-10;10].

Чтобы отделить корни уравнения аналитическим способом с помощью Excel, необходимо выполнить следующее:

Заполнить ячейки A1:D1 соответственно: « x », « y =cos(2 x )+ x -5», « h », «ответ».

В С2 ввести значение 1.

Ввести в А2 значение -10.

Ввести в А3 =A2+$C$2 и методом протягивания заполнить ячейки А4:А22.

В В2 ввести =COS(2*A2)+A2-5 и методом протягивания заполнить диапазон В3:В22.

ВЛокализовать корень уравнения f x 0 графически
С3 ввести формулу =ЕСЛИ(B2*B3

В результате получаем следующее (рисунок 6):

Рисунок 6 – Отделение корня

Следующий пример (рисунок 7) демонстрирует отделение нескольких корней. Пусть исследуется функция cos ( x )=0,1 x на интервале [–10;10] с шагом 1.

Табулирование функции и построение графика осуществляется как в предыдущих примерах. Видно, что на заданном отрезке имеем 7 корней, находящихся внутри отрезков: [-10;-9]; [-9;-8]; [-5;-4]; [-2;-1]; [1;2]; [5;6]; [7;8].

Локализовать корень уравнения f x 0 графически

Рисунок 7 – Отделение корней

Обратим внимание на то, что надежность рассмотренного алгоритма отделения корней уравнения зависит как от характера функции F (x), так и от выбранной величины шага h . Для повышения надежности следует выбирать при отделении корней достаточно малые значения h .

1. Выполнить отделение корней следующих функций:

🎥 Видео

СЛОЖИТЕ ДВА КОРНЯСкачать

СЛОЖИТЕ ДВА КОРНЯ

🔴 Найдите корень уравнения 2+9x=4x+3 | ЕГЭ БАЗА 2018 | ЗАДАНИЕ 7 | ШКОЛА ПИФАГОРАСкачать

🔴 Найдите корень уравнения 2+9x=4x+3 | ЕГЭ БАЗА 2018 | ЗАДАНИЕ 7 | ШКОЛА ПИФАГОРА

Формула корней квадратного уравнения. Алгебра, 8 классСкачать

Формула корней квадратного уравнения. Алгебра, 8 класс

Как разобраться в корнях ? Квадратный корень 8 класс | Математика TutorOnlineСкачать

Как разобраться в корнях ? Квадратный корень 8 класс | Математика TutorOnline

СУПЕР ЛАЙФХАК — Как решать Иррациональные УравненияСкачать

СУПЕР ЛАЙФХАК — Как решать Иррациональные Уравнения
Поделиться или сохранить к себе: