x可能是实数,也可能是复数。定理41对于充分可微的函数fx,x是函数fx的m重零点的充分必要条件是:
fxfxfm1x0,fmx0
定义43若方程fx0在区间ab内至少有一个根,则称ab为方程fx0的
有根区间。通常可用逐步(次)搜索法求方程的有根区间。
定理42若函数fx在区间ab上连续(即fCab),且fafb0,则方
程fx0在ab内至少有一个根。
定义44若在区间ab上只有方程fx0的一个根,则称ab为方程fx0的
隔根区间。
定理43若函数fx在区间ab上单调连续,且fafb0,则方程fx0在
ab内有且仅有一个根。
关于根的个数,由代数学基本定理知,高次代数方程的根(包括实根和复根)的个数与代数方程的次数相同;对于超越方程,可能没有根,也可能有一个或若干个根,甚至无穷多个根。
理论上已经证明,对于次数4的代数方程,它的根可以用根式表示,而次数5的代
数方程,它的根一般不能用根式表示,亦即不能用解析表达式来表示。因此对于一般的函数
方程fx0,一般来说,更不存在根的解析表达式,而在实际应用中,也不一定需要得
到求根的解析表达式,只要得到满足精度要求的根的近似值就可以了。求解非线性方程的根的问题大致可分为下面三个方面:
2
f(1)根的存在性。即方程有没有根?如果有根,有几个根?(2)根的分布,即求出有根区间。(3)根的精确化。即在已知一个根的近似值后,设法逐步把根精确化,直到满足精度为止。
§42逐步搜索法和二分法
421逐步搜索法
假设fx是定义在某区域内的连续函数,在区间ab有且仅有一个单根x,则逐步
搜索法的步骤如下:
(1)判断fa的符号:若fa0,则xa;若fa0,则不妨设fa0。(2)选择适当的步长hba,搜索一步,看fah的符号,若fah0,
则xah已找到。若fah0则可知xaah,这时可取a或ah作为x的
近似值。若fah0,则继续往前搜索一步,看fa2h的符号,直到fakh与
fak1h异号,则可知xxk1xk,其中xk1ak1h,xkakh,这时
可取xk或xk1作为x的近似值。
逐步搜索法的步长h的选择很难恰到好处,若h取得较大,则精度较差;若h取得足
够小,精度提高了,但计算量增加了许多。因此,如果精度要求较高的话,该方法不太经济。
例41求方程fxx3111x2388x4177的有根区间。
解:根据有根区间的定义,对方程的根进行搜索计算,结果如下表
x
0123456
fx符号r