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Determinar el valor de la constante para la convergencia iterativa

La pregunta que intento responder es la siguiente:

La iteración

$x_{n+1} = 2 - (1+c)x_n + cx_n^3$

convergerá a $\alpha = 1$ para algunos valores de $c$ (siempre que $x_0$ está suficientemente cerca de $\alpha$ ). Hallar los valores de $c$ para los que esto es cierto. ¿Para qué valores de $c$ ¿la convergencia será cuadrática?

Al abordar este problema, he supuesto que se trata de alguna variante del método de Newton. Gran parte de esta suposición proviene del hecho de que ambos estamos utilizando $x$ en lugar de $y$ y que la convergencia se da por supuesta siempre que nuestra conjetura inicial esté "suficientemente cerca". Al principio, intenté explorar con otros métodos iterativos básicos que no son de búsqueda de raíces (como el método de Euler) con la consideración de que quizás $c$ representaba algún tamaño de paso. Los intentos habían fracasado.

Si puedo demostrar que se trata de alguna variante del método de Newton, creo que la convergencia cuadrática vendría automáticamente. Sin embargo, eso me hace pensar que no sería el caso. Si lo fuera, ¿por qué lo preguntarían? En ese caso, podría ser algún otro método con convergencia superlineal, pero gana convergencia cuadrática con valores más estrictos de $c$ . Lo último que me confunde aquí es que, al expandir el paréntesis, obtengo un término inicial de $-x_n$ . Tampoco estoy seguro de cómo enfocar esto.

Agradezco cualquier ayuda o sugerencia.

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David C. Ullrich Puntos 13276

Ya que se pregunta si $x_n\to1$ puede hacer que las cosas sean más transparentes si establece $x_n=y_n+1$ y compruebe si $y_n\to0$ (sólo porque "pequeño" puede ser más fácil de ver que "cercano a $1$ "). Obtendrá $$y_{n+1}=(c-1)y_n+cy_n^2.$$

Ahora, independientemente de $c$ si $y_n$ es lo suficientemente pequeño, entonces $cy_n^2$ es aún menor. ¿Cuándo podría concluir que $(c-1)y_n$ es menor que $y_n$ ?

Ups Eso está mal. Leí mal la recurrencia original. Así que sustituye $x_n=y_n+1$ en la recurrencia real. Obtendrá $$y_{n+1}=Ay_n+By_n^2+Cy_n^3,$$ donde $A$ , $B$ y $C$ son ciertas constantes que dependen de $c$ . Como en el caso anterior, si $y_n$ es lo suficientemente pequeño, entonces los dos últimos términos son aún más pequeños, por lo que hay que averiguar qué valores de $c$ hará $Ay_n$ aún menor, dado que $y_n$ es pequeño.

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andy.holmes Puntos 518

Como siempre ocurre con los sistemas iterativos $x_{n+1}=f(x_n)$ se obtiene convergencia alrededor del punto fijo $x_*$ si $|f'(x_*)|<1$ . En este caso, $$ f(x)=2-(1+c)x+cx^3\implies f'(x)=-(1+c)+3cx^2,\quad f'(1)=-1+2c $$ Así, para $c\in (0,1)$ se obtiene una iteración localmente contractiva en torno a $x_*=1$ .

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