Методом простых итераций

Пусть корень уравнения находится на отрезке [a,b] (рис.4.3). Для использования метода итераций исходное уравнение F(x) = 0 нужно привести к виду x = f(x). Если известно начальное приближение к корню x = x₁, то подставив его в правую часть уравнения x = f(x), получим новое приближение x₂ = f(x₁). Затем аналогичным образом получим
x₃ = f(x₂),..., x_k+1 = f(x_k).

Итерационный процесс сходится к корню уравнения, если |fў(x)|<1 на отрезке, содержащем корень уравнения. Если выполняется неравенство –1<f ΄(x)<0, то корень уравнения всегда находится на отрезке [x_k, x_k+1] или [x_k+1,x_k] и условие окончания итерационного процесса имеет вид неравенства [x_k+1 – x_k]<e.

Рис.4.3. Метод простых итераций

Переход от уравнения F(x) = 0 к уравнению f(x) можно осуществить следующим образом. Умножим левую и правую части уравнения F(x) = 0 на некоторую константу h и добавим к обеим частям уравнения неизвестное x. Эти действия не изменяют корней уравнения:

hF(x) + x = 0*h + x;

hF(x) + x = x.

Обозначив f(x) = hF(x) + x, перейдем к уравнению x = f(x). Величину h необходимо выбрать такой, чтобы выполнялись неравенства |f '(x)|<1, f '(x)<0 на отрезке, содержащем корень уравнения.

Исходными данными для программы, соответствующей приведенному алгоритму, являются грубое значение корня и точность вычисления. Условием выхода из итерационного процесса служит неравенство |x_g –x _t|<e, при этом искомым значением является x_t

Пример 4.3. Решение уравнения методом итераций.

Преобразуем уравнение к виду .

#include <iostream>

#include <conio.h>

#include <math.h>

using namespace std;

 

int main()

{ float xt, xg = 2.3, eps = 0.001, x = 5*eps;

int step = 0;

while (fabs(x)>=eps)

{ xt = -0.2*(xg*xg*xg – 2*xg*xg –3)+xg;

x = xt-xg;

step++;

xg = xt;

}

cout << "Корень = " << xt << " и получен на шаге " << step;

getch();

return 0;

}

Решение уравнения f(x) = 0 с заданной точностью e