- Utilització de la Regla
de Horner per a l'aplicació del Mètode de Newton
d'aproximació a les arrels d'una equació
polinòmica:
Teorema
1:
L'avaluació de l'expressió p(x)=a
0+a
1x+a
2x
2+...+a
nx
n
requereix n
sumes i n(n+1)/2 multiplicacions.
Teorema 2:
L'avaluació de l'expressió p(x)=a
0+x(a
1+x(a
2+...+x(a
n-1+xa
n)...))
requereix n sumes i n multiplicacions.
Teorema 3: Si b
n=a
n
& b
k=a
k+zb
k+1
per a k=n-1...0, aleshores b
0=p(z) (
Regla de Horner).
Teorema 4: Amb els z, b
k
& a
k del teorema 3 s'acompleix que a
n=b
n
& a
k=b
k-b
k+1z
per a k=0...n-1 .
Teorema 5: Si q(x)=b
1+b
2x+...+b
nx
n-1
, aleshores b
0+q(x)(x-z)=p(x) .
Teorema 6: q(x)
és el quocient de dividir p(x) per x-z i b
0
és la resta.
Teorema 7: Si p(z)=0,
aleshores p(x)=q(x)(x-z) .
Teorema 8: p'(z)=q(z) .
Teorema 9: Si c
n=b
n
i c
k=b
k+zc
k+1
per a k=n-1...1, aleshores c
1=p'(z) .
Teorema 10: La
sucessió x
m per a resoldre
l'equació p(x)=0 pel
Mètode
de Newton s'obté aplicant successivament x
m+1=x
m-b
0/c
1
amb z=x
m .
Teorema 11: Si p(z)=0,
la resolució de l'equació q(x)=0 permetria obtenir les
demés arrels de l'equació p(x)=0 .
- Mètode de Muller:
Teorema -1: Si tenim 3
punts (x
i,f
i), (x
i-1,f
i-1),
(x
i-2,f
i-2) amb
abcises diferents, per ells passa una única paràbola
r(x)=f
i+f[x
i,x
i-1](x-x
i)+f[x
i,x
i-1,x
i-2](x-x
i)(x-x
i-1)
amb els coeficients calculats pel mètode de les
diferències dividides, f[x
i,x
i-1]=(f
i-f
i-1)/(x
i-x
i-1)
, f[x
i,x
i-1,x
i-2]=(f[x
i,x
i-1]-f[x
i-1,x
i-2])/(x
i-x
i-2)
.
Teorema 12: Les arrels
de l'equació a
2x
2+a
1x+a
0=0
són x=2a
0/(-a
1±(a
12-4a
0a
2)
½)
.
Teorema 13: Les arrels
de l'equació r(x)=0 amb la
paràbola del teorema -1 venen donades per l'expressió del
teorema 12 amb a
2=f[x
i,x
i-1,x
i-2]
, a
1=f[x
i,x
i-1]-(x
i+x
i-1)a
2
, a
0=f
i-x
i(f[x
i,x
i-1]-x
i-1a
2)
.
Algoritme 1: Algoritme de Muller per a
l'obtenció d'arrels de l'equació p(x)=0:
- Escollir ε0, ε1,
ε2 . Definir la funció f(x)=p(x)
- Prendre i=2. Escollir xi, xi-1,
xi-2 . Calcular fi=f(xi)
, fi-1=f(xi-1) , fi-2=f(xi-2)
.
- Calcular hi=xi-xi-1
, λi=hi/(xi-1-xi-2)
.
- Calcular gi=(1+2λi)(fi-fi-1)-λi2(fi-1-fi-2)
.
- Calcular ci=-2fi(1+λi)
- Calcular di=gi2-4fi(1+λi)λi(fi-fi-1-λi(fi-1-fi-2))
- Si f(x) és un polinomi de grau 2, calcular λi+1=ci/(gi±di½)
i prendre xi+1=xi+hiλi+1
com les seues dos arrels, que ho seran del l'equació p(x)=0, i
que poden ser reals o complexes (xi+1=xi+hicigi/(gi2-di)±ihici(-di)½/(gi2-di)
si di<0) : fi.
- Si di≥0, aleshores calcular λi+1=ci/(gi±di½)
escollint el signe de manera que tinga el menor valor absolut. Anar a
11 .
- Si di<0 però |cidi/(gi2-di)|<ε0
, aleshores calcular λi+1=cigi/(gi2-di)
. Anar a 11 .
- Si di<0 i |cidi/(gi2-di)|≥ε0
, aleshores l'algoritme no donaria
més arrels reals: fi.
- Calcular xi+1=xi+hiλi+1
, hi+1=hiλi+1
.
- Calcular fi+1=f(xi+1)
.
- Si |xi+1-xi|≥ε1xi+1
& |fi+1|≥ε2,
aleshores prendre i=i+1 i tornar al pas 4 .
- Prenem xi+1 com una arrel aproximada de
l'equació p(x)=0 .
- Si el número d'arrels obtingudes és menor al grau
del polinomi, definir la funció f(x)=f(x)/(x-xi+1)
i tornar al pas 2 .
- Sistemes d'equacions no lineals:
Teorema 14: Si ξ, η, x
0,
y
0 són números reals,
s'acompleix ξ=F(ξ,η) & η=G(ξ,η), F, G són funcions
contínues i amb primeres derivades contínues en un entorn
circular de (ξ,η) que inclou a (x
0,y
0)
i existeix K<1 tal que, dins d'aquest entorn, |F'
x|+|F'
y|≤K
& |G'
x|+|G'
y|≤K,
aleshores la successió definida pel
sistema iteratiu de punt fixe x
i+1=F(x
i,y
i)
& y
i+1=G(x
i,y
i)
és convergent.
Teorema -2: Donada la
corva {z=f(x,y), z=g(x,y)}, amb funcions f, g contínues i amb
primeres derivades contínues en un entorn circular de (x
0,y
0),
la recta tangent a la corva en el punt corresponent seria {z=f(x
0,y
0)+f'
x(x
0,y
0)(x-x
0)+f'
y(x
0,y
0)(y-y
0)
, z=g(x
0,y
0)+g'
x(x
0,y
0)(x-x
0)+g'
y(x
0,y
0)(y-y
0)}
.
Teorema 15: La
successió corresponent al
Mètode
de Newton per a l'aproximació a una arrel del sistema
d'equacions {f(x,y)=0 , g(x,y)=0} és
x
i+1 = x
i
- [f(x
i,y
i)g'
y(x
i,y
i)-g(x
i,y
i)f'
y(x
i,y
i)]/J
(f,g)(x
i,y
i)
y
i+1 = y
i
- [g(x
i,y
i)f'
x(x
i,y
i)-f(x
i,y
i)g'
x(x
i,y
i)]/J
(f,g)(x
i,y
i)
on J
(f,g)(x
i,y
i)
és el Jacobià de les funcions f, g calculat en el punt (x
i,y
i)
.
Teorema 16: Si les
funcions f, g i totes les seues derivades fins al segon ordre
són contínues i acotades en un entorn circular de l'arrel
(ξ,η),
tal que f(ξ,η)=0 & g(ξ,η)=0, el qual inclou el punt inicial (x
0,y
0),
i el Jacobià J
(f,g) no s'anul·la en
aquest entorn, aleshores la successió descrita en el teorema 15
convergeix a l'arrel (ξ,η) .