Методы вычислений. Часть I. Численные методы алгебры. Курцева К.П - 64 стр.

UptoLike

Составители: 

64
∂ϕ
∂ϕ
∂ϕ
∂ϕ
11
22
22
22
22
25 36 1 4
2
34
72
1
22
34
72
1
xy
xy
xy
xy
+=+<
+
=<
+=+<<
Следовательно, существует единственное решение в указанном прямоугольнике
и оно может быть найдено методом итераций. Полагая
xy
00
12 12
=
=,, будем
иметь
xx
yy
12
12
1
2
18 18
6
0 542
1
2
0 19615
6
0 533
1
3
18 18
6
0 333
1
3
0 1223
6
0 354
=+
+
==+=
=+
==+=
,,
,
,,
,,
,
,.
Продолжая этот процесс получим
xx yy
34 34
0 533 0 532 0 351 0 351==
=
=
,, ,, ,, ,
.
Так как здесь
qq
12
34 72 0 5==
<
,, то совпадение первых трех десятичных
знаков свидетельствует о достижении требуемой точности. Таким образом, можно
принять
ξ
η
==0 532 0 351,, ,.
Замечание. Вместо рассмотренного на лекции итерационного процесса (3)
иногда удобнее пользоваться так называемым процессом Зейделя:
xxyyxyn
nnnnnn+++
==
=
11 121
012
ϕ
ϕ
(,), ( ,) ( ,,,...)
Пример 2
Выбрать подходящие итерирующие функции
ϕ
ϕ
12
(,), (,)xy xy при
для системы уравнений xy
00
08 055
=
=
,, , :
xy
xy
22
3
10
0
+−=
−=
,
.
Решение:
Будем искать функции
ϕ
ϕ
12
(,), (,)xy xy
в виде
(
)
(
)
()()
ϕα β
ϕγ δ
1
22 3
2
22 3
1
1
(,) ,
(,) .
xy x x y x y
xy x x y x y
=+ + +
=+ + +
Для определения параметров
α
β
γ
δ
,,, составим систему (5)(см. лекции). Имеем
F
x
x
Fx y
x
F
y
y
Fx y
y
F
x
x
Fxy
x
F
y
Fxy
y
1 100 1 100
2
2
200 2 200
216211
319211
====
====
,
(,)
,, ,
(,)
,,
,
(,)
,, ,
(,)
.
Отсюда получаем систему
116 192 0
11 0
16 192 0
111 0
+
+
=
−=
+=
+−=
,, ,
,,
,, ,
,.
α
β
αβ
γδ
γδ
Решая, получим
α
γ
β
δ
≈−
03 05 03 04,, ,, ,, ,
Таким образом ,
(
)
(
)
()()
ϕ
ϕ
1
22 3
2
22 3
03 1 03
05 1 04
(,) , ,
(,) , ,
xy x x y x y
xy y x y x y
=− +
=− + +
Упражнения:
1. Найти для системы положительные корни с тремя верными знаками
                            ∂ ϕ1 ∂ ϕ1 x 2 y 2 25 36 + 1 4 34
                                +    =   +   <           =    <1
                             ∂x   ∂y   2   2      2        72
                            ∂ ϕ2 ∂ ϕ2   x2    y2   34
                                +     =    +−    <    <1
                             ∂x   ∂y    2     2    72
      Следовательно, существует единственное решение в указанном прямоугольнике
и оно может быть найдено методом итераций. Полагая x 0 = 1 2 , y 0 = 1 2 , будем
иметь
                                  1 1 8+1 8                             1 0,19615
                            x1 = +                   = 0,542,     x2 = +            = 0,533,
                                  2        6                            2        6
                                  1 1 8−1 8                             1 0,1223
                            y1 = +                   = 0,333,     y2 = +           = 0,354.
                                  3        6                            3       6
      Продолжая этот процесс получим
       x 3 = 0,533, x 4 = 0,532, y 3 = 0,351, y 4 = 0,351 .
      Так как здесь q1 = q 2 = 34 72 < 0,5 , то совпадение первых трех десятичных
знаков свидетельствует о достижении требуемой точности. Таким образом, можно
принять ξ = 0,532, η = 0,351 .
      Замечание. Вместо рассмотренного на лекции итерационного процесса (3)
иногда удобнее пользоваться так называемым процессом Зейделя:
       x n +1 = ϕ 1( x n , y n ), y n +1 = ϕ 2 ( x n +1 , y n ) (n = 0,1,2,...)

       Пример 2
              Выбрать подходящие итерирующие функции ϕ 1( x , y ), ϕ 2 ( x , y ) при
       для системы уравнений x 0 = 0,8, y 0 = 0,55 :
                                                x 2 + y 2 − 1 = 0,
                                                x 3 − y = 0.
       Решение:
       Будем искать функции ϕ 1( x , y ), ϕ 2 ( x , y) в виде
                              ϕ 1( x , y ) = x + α ( x 2 + y 2 − 1) + β ( x 3 − y ),
                                  ϕ 2 ( x , y ) = x + γ ( x 2 + y 2 − 1) + δ ( x 3 − y ).
       Для определения параметров α , β , γ , δ составим систему (5)(см. лекции). Имеем
       ∂ F1          ∂ F1 ( x 0 , y 0 )           ∂ F1            ∂ F1 ( x 0 , y 0 )
            = 2 x,                      = 1,6,          = 2 y,                       = 11,,
        ∂x                ∂x                       ∂y                  ∂y
       ∂ F2           ∂ F2 ( x 0 , y 0 )             ∂ F2             ∂ F2 ( x 0 , y 0 )
            = 3x 2 ,                      = 1,92,            = −1,                       = −1.
        ∂x                  ∂x                        ∂y                    ∂y
       Отсюда получаем систему
                                            1 + 1,6α + 1,92 β = 0,
                                                ,α −
                                               11        β = 0,
                                               1,6γ + 1,92δ = 0,
                                                 , γ − δ = 0.
                                            1 + 11
       Решая, получим
                               α ≈ −0,3, γ ≈ −0,5, β ≈ −0,3, δ ≈ 0,4
       Таким образом ,
                              ϕ 1( x , y ) = x − 0,3( x 2 + y 2 − 1) − 0,3( x 3 − y )
                              ϕ 2 ( x , y ) = y − 0,5( x 2 + y 2 − 1) + 0,4( x 3 − y )
       Упражнения:
       1. Найти для системы положительные корни с тремя верными знаками
                                                                                           64