Math Problem Statement

Методом итерации решить уравнение с точностью 0,001 x^3+3x^2+9x-10=0

Solution

Метод итерации (метод простой итерации) заключается в приведении уравнения к виду x=φ(x)x = \varphi(x) и последующем построении последовательности xn+1=φ(xn)x_{n+1} = \varphi(x_n), которая сходится к корню уравнения.

1. Преобразуем уравнение

Исходное уравнение:
x3+3x2+9x10=0x^3 + 3x^2 + 9x - 10 = 0 Выразим xx в виде x=φ(x)x = \varphi(x). Один из возможных вариантов:
x=103x29x3x = \sqrt[3]{10 - 3x^2 - 9x}

2. Проверка условия сходимости

Для сходимости метода итерации необходимо, чтобы выполнялось условие φ(x)<1|\varphi'(x)| < 1 вблизи корня.

Найдем производную:
φ(x)=13(103x29x)23(6x9)\varphi'(x) = \frac{1}{3} (10 - 3x^2 - 9x)^{-\frac{2}{3}} (-6x - 9)

Чтобы метод сходился, выбираем начальное приближение вблизи корня. Графический анализ или подстановка показывает, что корень лежит около x1x \approx 1.

3. Итерационный процесс

Возьмем начальное приближение x0=1x_0 = 1 и вычислим последовательные приближения:

  1. x1=103(1)29(1)3=10393=231.26x_1 = \sqrt[3]{10 - 3(1)^2 - 9(1)} = \sqrt[3]{10 - 3 - 9} = \sqrt[3]{-2} \approx -1.26
  2. x2=103(1.26)29(1.26)31.39x_2 = \sqrt[3]{10 - 3(-1.26)^2 - 9(-1.26)} \approx 1.39
  3. x3=103(1.39)29(1.39)31.18x_3 = \sqrt[3]{10 - 3(1.39)^2 - 9(1.39)} \approx -1.18

Последовательность приближений колеблется, что указывает на возможную расходимость. Значит, следует выбрать другую итерационную функцию.

Попробуем другой вариант:
x=103x29x = \frac{10 - 3x^2}{9} Тогда итерационная формула:
xn+1=103xn29x_{n+1} = \frac{10 - 3x_n^2}{9}

Сделаем несколько итераций:

  1. x0=1x_0 = 1
  2. x1=103(1)29=1039=790.7778x_1 = \frac{10 - 3(1)^2}{9} = \frac{10 - 3}{9} = \frac{7}{9} \approx 0.7778
  3. x2=103(0.7778)290.8101x_2 = \frac{10 - 3(0.7778)^2}{9} \approx 0.8101
  4. x3=103(0.8101)290.8021x_3 = \frac{10 - 3(0.8101)^2}{9} \approx 0.8021
  5. x4=103(0.8021)290.8043x_4 = \frac{10 - 3(0.8021)^2}{9} \approx 0.8043
  6. x5=103(0.8043)290.8037x_5 = \frac{10 - 3(0.8043)^2}{9} \approx 0.8037

С разницей между последовательными значениями менее 0.001, получаем x0.804x \approx 0.804 (с точностью до 0.001).

Ответ:

Приближенное решение уравнения:
x0.804x \approx 0.804


Хотите, чтобы я проверил этот результат или дал дополнительные пояснения?

Связанные вопросы:

  1. Как выбрать оптимальную итерационную функцию φ(x)\varphi(x)?
  2. Как проверить, что метод итераций сходится к решению?
  3. Какие другие методы решения нелинейных уравнений существуют?
  4. Можно ли улучшить скорость сходимости метода итераций?
  5. Как метод итерации связан с методом Ньютона?

Полезный совет:

При использовании метода итераций важно проверять, что φ(x)<1|\varphi'(x)| < 1 в окрестности корня, иначе метод может не сойтись или сходиться очень медленно.

Ask a new question for Free

By Image

Drop file here or Click Here to upload

Math Problem Analysis

Mathematical Concepts

Nonlinear Equations
Iteration Methods
Convergence Analysis
Cubic Equations

Formulas

x = ∛(10 - 3x^2 - 9x)
x = (10 - 3x^2) / 9
x_{n+1} = φ(x_n)

Theorems

Convergence Condition for Iteration Methods
Method of Iteration

Suitable Grade Level

Grades 11-12