A Newton-Raphson iteráció kezdeti értéktől való érzékenysége

Hasonló dokumentumok
Numerikus módszerek 1.

Numerikus módszerek 1.

Számítógépes Modellezés 11. Differenciálegyenletes modellek. Inga

First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

Rekurzív sorozatok. SZTE Bolyai Intézet nemeth. Rekurzív sorozatok p.1/26

Megoldott feladatok november 30. n+3 szigorúan monoton csökken, 5. n+3. lim a n = lim. n+3 = 2n+3 n+4 2n+1

VIK A1 Matematika BOSCH, Hatvan, 5. Gyakorlati anyag

Matematika I. Vektorok, egyenesek, síkok

Komplex számok. Wettl Ferenc előadása alapján Wettl Ferenc előadása alapján Komplex számok / 18

Matematika II képletek. 1 sin xdx =, cos 2 x dx = sh 2 x dx = 1 + x 2 dx = 1 x. cos xdx =,

Differenciálszámítás. 8. előadás. Farkas István. DE ATC Gazdaságelemzési és Statisztikai Tanszék. Differenciálszámítás p. 1/1

Numerikus matematika vizsga

Numerikus matematika

First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit. Komplex számok (2)

Differenciálegyenletek numerikus megoldása

Gauss-Seidel iteráció

MATEMATIKA 2. dolgozat megoldása (A csoport)

2010. október 12. Dr. Vincze Szilvia

Feladatok megoldásokkal a 9. gyakorlathoz (Newton-Leibniz formula, közelítő integrálás, az integrálszámítás alkalmazásai 1.

A Matematika I. előadás részletes tematikája

First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit. (Derivált)

1.9. B - SPLINEOK B - SPLINEOK EGZISZTENCIÁJA. numerikus analízis ii. 34. [ a, b] - n legfeljebb n darab gyöke lehet. = r (m 1) n = r m + n 1

MATEMATIKA EMELT SZINTŰ SZÓBELI VIZSGA TÉMAKÖREI (TÉTELEK) 2005

1. feladatsor: Vektorterek, lineáris kombináció, mátrixok, determináns (megoldás)

Analízis előadás és gyakorlat vázlat

Tartalomjegyzék. 1. Előszó 1

Hatványsorok, Fourier sorok

Analízis I. zárthelyi dolgozat javítókulcs, Informatika I okt. 19. A csoport

12. Mikor nevezünk egy részhalmazt nyíltnak, illetve zártnak a valós számok körében?

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉP SZINT Függvények

Limesz, Derivált, Integrál

Numerikus matematika. Irodalom: Stoyan Gisbert, Numerikus matematika mérnököknek és programozóknak, Typotex, Lebegőpontos számok

2018, Diszkrét matematika

Diszkrét matematika 1.

Függvények július 13. Határozza meg a következ határértékeket! 1. Feladat: x 0 7x 15 x ) = lim. x 7 x 15 x ) = (2 + 0) = lim.

Folytonos rendszeregyenletek megoldása. 1. Folytonos idejű (FI) rendszeregyenlet általános alakja

Georg Cantor (1883) vezette be Henry John Stephen Smith fedezte fel 1875-ben. van struktúrája elemi kis skálákon is önhasonló

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Matematika II. 1 sin xdx =, 1 cos xdx =, 1 + x 2 dx =

Matematika A2 vizsga mgeoldása június 4.

6. gyakorlat. Gelle Kitti. Csendes Tibor Somogyi Viktor. London András. jegyzetei alapján

Numerikus módszerek II. zárthelyi dolgozat, megoldások, 2014/15. I. félév, A. csoport. x 2. c = 3 5, s = 4

Egyenletek, egyenlőtlenségek V.

sin x = cos x =? sin x = dx =? dx = cos x =? g) Adja meg a helyettesítéses integrálás szabályát határozott integrálokra vonatkozóan!

Baran Ágnes, Burai Pál, Noszály Csaba. Gyakorlat Differenciálegyenletek numerikus megoldása

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉP SZINT Függvények

MATEMATIKA EMELT SZINTŰ SZÓBELI VIZSGA TÉMAKÖREI (TÉTELEK) 2012

Hódmezővásárhelyi Városi Matematikaverseny április 14. A osztályosok feladatainak javítókulcsa

Számítógépes Modellezés 3. Limesz, Derivált, Integrál. Direkt (normál) értékadás (=) p legyen a 6. Chebysev polinom.

Nemlineáris egyenletrendszerek megoldása április 15.

DIFFERENCIÁLEGYENLETEK. BSc. Matematika II. BGRMA2HNND, BGRMA2HNNC

2. Hogyan számíthatjuk ki két komplex szám szorzatát, ha azok a+bi alakban, illetve trigonometrikus alakban vannak megadva?

Teljes függvényvizsgálat

Fraktálok. Löwy Dániel Hints Miklós

Gyakorló feladatok I.

minden x D esetén, akkor x 0 -at a függvény maximumhelyének mondjuk, f(x 0 )-at pedig az (abszolút) maximumértékének.

First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit. (L Hospital szabály, Taylor-polinom,

FELVÉTELI VIZSGA, július 21. Írásbeli próba MATEMATIKÁBÓL A. RÉSZ

A fontosabb definíciók

6. Függvények. 1. Az alábbi függvények közül melyik szigorúan monoton növekvő a 0;1 intervallumban?

Az éjszakai rovarok repüléséről

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

1. Folytonosság. 1. (A) Igaz-e, hogy ha D(f) = R, f folytonos és periodikus, akkor f korlátos és van maximuma és minimuma?

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Paraméter

x 2 e x dx c) (3x 2 2x)e 2x dx x sin x dx f) x cosxdx (1 x 2 )(sin 2x 2 cos 3x) dx e 2x cos x dx k) e x sin x cosxdx x ln x dx n) (2x + 1) ln 2 x dx

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉPSZINT Függvények

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

Sorozatok, sorok, függvények határértéke és folytonossága Leindler Schipp - Analízis I. könyve + jegyzetek, kidolgozások alapján

FELVÉTELI VIZSGA, szeptember 12.

1/1. Házi feladat. 1. Legyen p és q igaz vagy hamis matematikai kifejezés. Mutassuk meg, hogy

A sorozat fogalma. függvényeket sorozatoknak nevezzük. Amennyiben az értékkészlet. az értékkészlet a komplex számok halmaza, akkor komplex

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA II.

Komplex függvények színes ábrázolása

Elérhető maximális pontszám: 70+30=100 pont

Fraktálok. Klasszikus fraktálpéldák I. Czirbusz Sándor ELTE IK, Komputeralgebra Tanszék

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások. alapfüggvény (ábrán: fekete)

Kerényi Péter. Gyökkeresés iterációval

Fiók ferde betolása. A hűtőszekrényünk ajtajának és kihúzott fiókjának érintkezése ihlette az alábbi feladatot. Ehhez tekintsük az 1. ábrát!

A L Hospital-szabály, elaszticitás, monotonitás, konvexitás

9. Trigonometria. I. Nulladik ZH-ban láttuk: 1. Tegye nagyság szerint növekvő sorrendbe az alábbi értékeket! Megoldás:

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Abszolútértékes és gyökös kifejezések

Normális függvénycsaládok. Alkalmazások harmonikus függvényekre.

2012. október 2 és 4. Dr. Vincze Szilvia

Algebra es sz amelm elet 3 el oad as Nevezetes sz amelm eleti probl em ak Waldhauser Tam as 2014 oszi f el ev

Analízis I. beugró vizsgakérdések

Feladatok megoldásokkal az első gyakorlathoz (differencia- és differenciálhányados fogalma, geometriai és fizikai jelentése) (x 1)(x + 1) x 1

függvény grafikonja milyen transzformációkkal származtatható az f0 : R R, f0(

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

COMENIUS ANGOL-MAGYAR KÉT TANÍTÁSI NYELVŰ ÁLTALÁNOS ISKOLA MATEMATIKA TANMENET

Baran Ágnes. Gyakorlat Komplex számok. Baran Ágnes Matematika Mérnököknek Gyakorlat 1 / 33

7. gyakorlat megoldásai

Tanmenet a Matematika 10. tankönyvhöz

Nagy András. Feladatok a logaritmus témaköréhez 11. osztály 2010.

Egy kötélstatikai alapfeladat megoldása másként

Véletlen jelenség: okok rendszere hozza létre - nem ismerhetjük mind, ezért sztochasztikus.

Gyakorló feladatok az II. konzultáció anyagához

Sorozatok. 5. előadás. Farkas István. DE ATC Gazdaságelemzési és Statisztikai Tanszék. Sorozatok p. 1/2

n n (n n ), lim ln(2 + 3e x ) x 3 + 2x 2e x e x + 1, sin x 1 cos x, lim e x2 1 + x 2 lim sin x 1 )

Átírás:

Szénási Eszter SZTE TTIK Matematika BSc, Numerikus matematika projekt 2015. november 30. A Newton-Raphson iteráció kezdeti értéktől való érzékenysége Medencék (attraktorok) színezése

2 Newton_project-szenasi.nb Alapfeladat: függvény zérushelyének közelítése Az f(x) = 0 nemlineáris egyenlet (valamely) ξ zérushelyének meghatározása, ahol f(x) differenciálható függvény ξ egy (kicsiny) környezetében, ott f ' (x) 0 és abban a környezetben adott egy x 0, melyet kezdeti közelítésnek nevezünk. Geometriai megközelítés (érintő módszer): Newton-Raphson iteráció Az érintő egyenlete (x 0, f (x 0 )) pontban y = f (x) függvény esetén y = f(x 0 ) + f ' (x 0 ) (x - x 0 ) Ennek az x -tengellyel való (x 1,0) metszéspontjának x 1 koordinátáját az alábbi egyenletből határozzuk meg 0 = f(x 0 ) + f ' (x 0 ) (x 1 - x 0 ) x 1 = x 0 - f (x0) f ' (x 0) Az eljárást ismételve most az x 1 pontból, majd az újonnan keletkezett pontokból, az {x m } iterációs sorozathoz jutunk, amelynek általános képlete: x m := x m-1 - f (x m-1), m = 1, 2,... f ' (x m-1)

Newton_project-szenasi.nb 3 Alkalmazása - gyökvonás A Newton-Raphson iteráció alkalmazása pozitív számokból való gyökvonás gyors elvégzésére. Legyen f (x) =x r - a, melynek zérushelye: ξ = r a (a > 0, r > 0) Elegendő az a > 1 esetet tekinteni, mert ha 0 < a < 1, akkor r a = 1 r 1 a és 1 a >1 Tehát ebben az esetben az iteráció: x m := x m-1 - f (x m-1) f' (x m-1 ) = x m-1 - xr m-1-a r x r-1 m-1 = 1 r (r - 1) x m-1 + a, m = 1, 2,... x r-1 m-1 r 2 3 4 5 a 2 3 4 5 x 0 =3.41421 x=1.41421 10 8 6 4 2 1 2 3-2

4 Newton_project-szenasi.nb Kezdeti értéktől való függés érzékenysége Problémás értékek: f ' (x) kicsi. Az ábrán: cos(x) függvény zérushelyeinek közelítése NR-iterációval, dinamikusan Már itt is látható, mennyire függ a rendszer viselkedése a kezdőérték választásától x0 x 0 =0.36 x=- 4.71239 1.0 0.5-6 -4-2 2 4-0.5-1.0

Newton_project-szenasi.nb 5 Megjegyzés: konvergencia ξ egyszeres zérushelye f (x) - nek f (ξ) = 0 és f ' (ξ) 0. A közelítés hibája : e m = x m - ξ, ahol ξ az f (x) gyöke A Newton-Raphson iteráció hibaképlete : e m = f '' (α m-1) 2 f ' (x m-1 ) e m-1 2, ahol α m-1 (ξ, x m-1 ) A Newton-Raphson iteráció négyzetes konvergenciája: lim m Aszimptotikus hibakonstans: f '' (ξ) 2 f' (ξ) e m e m-1 2 = f'' (ξ) 2 f ' (ξ)

6 Newton_project-szenasi.nb Általánosítás a komplex síkra Példa: komplex egységgyökök közelítése Legyen f (z) =z r - 1, (r = 2, 3, 4, 5,...) Az iteráció azonos a valós esettel: z m := z m-1 - f (z m-1) f' (z m-1 ) = z m-1 - zr m-1-1, m = 1, 2,... r z r-1 m-1 Legyen r = 3:

Newton_project-szenasi.nb 7 f[z_] := z^ 3-1; Show[DensityPlot [Abs[f[x + I y]], {x, - 1.1, 1.1}, {y, -1.1, 1.1}, PlotLegends Automatic], Graphics[{Thread[{{Yellow, Red, Green}, PointSize [0.05], Map[Point[Through[{Re, Im}[#]]] &, z /. NSolve[f[z] 0, z]]}]}] ]

8 Newton_project-szenasi.nb Manipuláció - dinamikus megjelenítés Re z0 Im z0 z 0 =-0.6-0.11 z=- 0.5-0.866025 4 2 0-2 -4-4 -2 0 2 4

Newton_project-szenasi.nb 9 Magasabb hatványokra p 3 4 5 6 7 Re z0 Im z0 z 0 =-0.525 + 0.335 z=1. + 4.62151 10-13 1.0 0.5 0.0-0.5-1.0-1.0-0.5 0.0 0.5 1.0

10 Newton_project-szenasi.nb Newton-fraktálok Fraktálok Végtelenül komplex geometriai - úgynevezett önhasonló alakzatok, amelyek két gyakori, jellemző tulajdonsággal rendelkeznek: Határoló vonalaik vagy -felületeik végtelenül gyűröttek" vagy érdesek", illetve szakadásosak", vagyis nem-differenciálhatóak. Ebből kifolyólag az olyan geometriai jellemzőik, mint a kerület, terület, térfogat, ívhossz, felszín, stb. elfajult (végtelen vagy nulla) értékeket adnak, és általában is, a térszemlélettel ellentétesen, meglepő és paradox módon viselkednek. Newton-fraktál Egy korlátos halmaz a komplex számsíkon, melyet egy konkrét polinom gyökeit számoló Newton-iteráció határoz meg. A Newton-fraktálra tekinthetünk úgy, mint egy hozzárendelésre a komplex számsíkon, amely a z 0 kezdeti értékhez rendeli hozzá az iteráció határértékét (színezés). mivel véges sok határérték van (n. gyököt számolunk), ezért a határérték argumentuma szerint célszerű színezni newt = Compile[{{n, _Integer}, {z, _Complex}}, Arg[FixedPoint [# - (#^ n - 1) / (n # ^(n - 1)) &, z, 100]]]; Show[GraphicsGrid [Partition [Table[ListDensityPlot [Table[newt[n, b + a I], {a, -1.1, 1.1, 0.015}, {b, - 1.1, 1.1, 0.015}], Mesh False, ColorFunction "BrightBands ", Frame False, DisplayFunction Identity, ImageSize -> {300, 300}], {n, 3, 6}], 3]]]

Newton_project-szenasi.nb 11 image = Image[ListDensityPlot [Table[newt[3, b + a I], {a, - 1.1, 1.1, 0.008}, {b, - 1.1, 1.1, 0.015}], Mesh False, Frame False, ColorFunction "BrightBands ", DisplayFunction Identity, ImageSize -> {300, 300}]]

12 Newton_project-szenasi.nb Források http://mathworld.wolfram.com/newtonsmethod.html http : // mathforum.org/advanced/robertd/newtons.html https://reference.wolfram.com/language/tutorial/unconstrainedoptimizationnewtonsmethodminimum.html http://www.model.u-szeged.hu/kurzus-19-1-felsobb_mathematica.html Móricz Ferenc: Bevezetés a numerikus matematikába (Polygon jegyzettár) Richard L. Burden, J. Douglas Faires: Numerical Analysis Berkey, Blanchard: Calculus https://en.wikipedia.org/wiki/newton_fractal http://www.mitchr.me/ss/newton/ http://eldar.mathstat.uoguelph.ca/dashlock/ftax/newton.html Köszönet Dr. Karsai Jánosnak a programozásban nyújtott segítségéért

Newton_project-szenasi.nb 13 Köszönöm a figyelmet! Newton-fraktál az x 8 +15 x 4-16 polinomra