C语言牛顿法求非线性方程的根,使用牛顿迭代法求解非线性方程的根

牛顿法是一种近似求解非线性方程根的迭代算法。本文简要叙述该算法并使用MATLAB实现该算法求解一元非线性方程和多元非线性方程组。

算法简述

一般非线性方程组的根通常无法直接求解,因此需要使用如牛顿法一类的迭代算法求近似解(数值解)。一维牛顿迭代法求解形如 f(x) =0 的根,算法如下:

选取一个接近函数零点的自变量 x 值作为起始点

使用如下的迭代公式更新近似解

如果得出的解满足误差要求,终止迭代,所得的值即视为方根根的近似解

一维牛顿法实例

使用牛顿迭代法近似求解如下方程在 [-1, 1]之间的根:

我们可以使用匿名函数 (anonymous function)来定义函数及其导数:

f = @(x) cos(x) - x.^3; %定义函数f(x)

f_prime = @(x) - sin(x) - 3*x.^2; %定义函数的导数

这里我们可以使用 while 循环来实现,终止条件设为相对误差小于1e-8。

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f = @(x) cos(x) -x.^3;

f_prime = @(x) -sin(x) -3*x.^2;

error = 1; %初始化误差变量

iter = 0; %初始化迭代次数变量

max_iter = 5000; %定义最大允许迭代次数

tol = 1e-8; %定义循环终止误差

x0 = 0.5; %初始值

while error > tol && iter <= max_iter

x = x0 - f(x0)/f_prime(x0); %更新x的值

error = abs((x-x0)/x0); %计算相对误差

iter = iter +1; %更新迭代次数

x0 = x; %计算出的x赋值给x0,继续迭代,直到达到误差条件。

end

一般情况下,牛顿迭代法收敛很快 (quadratic convergence),对于本例中的函数,几次迭代即可得到近似解。

>> x

x =

0.865474033101614

>> iter

iter =

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