实验二迭代法初始值与收敛性.docx

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1、实验二:迭代法、初始值与收敛性:实验要求考虑一个简单的代数方程x2-x-=0.针对上述方程,可以构造多种迭代法,如XN=d=1+b,u=+1等。在实轴上取初值,分别用以上Xn迭代做实验,记录各算法的迭代过程。二:实验要求及实验结果(1) 取定某个初始值,按如上迭代格式进行计算,它们的收敛性如何?重复选取不同放入初始值,反复实验。请读者自行设计一种比较形象的记录方式(如何利用Matlab的图形功能),分析三种迭代法的收敛性与初值的选取关系。(2) 对三个迭代法中的某一个,取不同的初值进行迭代,结果如何?试分析对不同的初值是否有差异?实验内容:i)对七+1=W-1进行迭代运算,选取迭代次数n=20

2、;分别选择初值-0.6,1.6进行实验,并画出迭代结果的趋势图。编写MATLAB运算程序如下:%迭代法求解%令x=x2-1clearn=30;x=-0.5;X1=x2-1;fori=l:nx!=x12-1;xx(i)=xl;endm=linspace(0,29,n);plot(m,xx)title(,x=-0.5)如上图所示,选取初值分别为-0.6、1.6时,结果都是不收敛的。分析:g(x)=x-,g(x)=Ix,要想在某一邻域上Ig(X)I=2xvl,则DXe但是所以不存在某个邻域使得该迭代公式收敛。即迭代公式对任何初值都是发散的。ii)对七u=l+-!-进行迭代运算,选取迭代次数n=30;

3、分别选择初值=07,2.1进行实验,并画出迭代结果的X趋势图。编写MATLAB运算程序如下:%迭代法求解%令x=x2-Iclearn=20;x=-0.5;xl=l+Lx;fori=l:nxl=l+Lxl;xx(i)=xl;endm=linspace(0,29,n);plot(m,xx,b,)title(,x=-0.5)如上图所示,选取初值分别为-0.7、2.1时,结果都是收敛。分析:g(x)=l+-,设g(x)1.65,x1.65,+,g(x)=在1.65,+oo上有界,且(x)=X1,X1.65,+00则由迭代式对任意初始值1.65,+oog(%)=1+,产生的序列都收敛。同时由XXng(x

4、)=l+-!-,可以看到,在/-oo,+oo选取初值,在进行n次迭代后,都会存在一个1.65,此时乙相当于是在1.65,”范围内的初始值,迭代公式产生的序列收敛。所以初值的选取对数列的收敛性没有影响。Hi)对XN=JE进行迭代运算,选取迭代次数n=20:分别选择初值=-0.6,2.1进行实验,并画出迭代结果的趋势图。编写MATLAB运算程序如下:%迭代法求解%令x=sqrt(l+x)clearn=20;x=-O.5;xl=sqrt(l.+x);fori=l:nxl=sqrt(l+xl);xx(i)=xl;endm=linspace(0,29,n);plot(m,xx,b)title(x=-O.

5、5)1分析:g()=Jfi+l设g(x)lT,+8,WwT+oo,g)=/在-1,48实数域上有界,且2。X+1产生的序列都收敛。同时-1,此时互相当于是在-1,+oo范围内的初始值,迭代公式产生的序列收敛。所以初值的选取对数列的收敛性没有影响。(3) 线性方程组迭代法的收敛性是不依赖初值的选取的。比较线性与非线性问题迭代的差异,有何结论和问题。i)对线性方程/(+如)=4()+/(%),设/(x)=v+b,贝J(x)=若线性方程的迭代是收敛的,则有If(X)卜同vl,-ll对/(x)=r+A而言,o,-)o,都有xJ(x)e-y+,所以,对任何初值,方程的迭代都是收敛的,不受初值的影响。若线性方程的迭代是发散的,则对任何初值都发散,方程迭代的收敛性也不受初值的影响。n)对非线性方程的迭代,就复杂的多。对于方程迭代发散的方程而言,无论初值如何选择,收敛性是不会改变的。方程的迭代还是发散。对方程迭代收敛的情况而言,若想要使得初值的选择不会影响收敛性,那必须要使得X,f(x)-8,+00并且在某一定点的邻域内,(x)l,情况是很复杂的。

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