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一般迭代法的收敛性

 

定理6.4(压缩映像原理)

设方程在区间[a,b]上满足条件:

⑴ x∈[a,b],则

连续,且。                                    (6.12)

则由一般迭代法迭代公式得到的近似根序列收敛于方程f(x)=0

在区间[a,b]的唯一根。当时,具有线性敛速,并有误差估计式

                                    (6.13)

证明 首先证方程(6.10),区间[a,b]内有惟一根,由条件(1)知

再由条件(2)知连续,方程(6.10)在区间[a,b]内有惟一根,设方程(6.10)在区间[a,b]内有另有一根,则由

                                         (6.14)

及中值定理得

其中位于之间。

于是得

与条件矛盾,所以,

由式(6.11)和式(6.14)得
                           (6.15)

其中位于之间。故有

再由式(6.15)得

故当时,一般迭代法具有一阶敛速。

最后推导误差估计式

由式(6.15)得

所以

一般迭代法的几何意义如图6-4所示,

(a)
(b)

图6-4

为求的交点的横坐标,首先过上点

作平行于轴的直线,与相交于点
再过点作平行于轴的直线,与相交于点
再过点作平行于轴的直线,与相交于点
再过点作平行于轴的直线,与相交于点,……,
从而求得的近似值,上图(a)又表明,当,则序列收敛到根;上图图(b)又表明,当,则序列发散。

例7 用一般迭代法求方程的正实根,准确到

因为,所以

上,

将方程同解变形为,在,所以一般迭代法收敛。

选取初值,用用一般迭代法公式

具体计算结果如表6-7所示

表6-7

n

0

1.570796327

1.570796327

1

0.62831853

-0.180698464

2

0.736737608

-3.926808488

3

0.739093693

1.4325846

4

0.739085097

-6.028

5

0.739085133

0

所以

练习6.4

1. 在下列一般迭代公式中,对任意初值,产生序列收敛于有哪些,其理由是什么?

 (1)

         (2)

(3)

2. 用一般迭代法求方程

的最小正根,准确到.

练习题答案

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