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¿Existe una forma integral de Newton ' método de s?

Advertencia : Esto parece como un tonto tipo de pregunta, no el tipo que me gustaría preguntar en voz alta.

La asignación de contracción teorema es una herramienta básica para demostrar la existencia de, y encontrar soluciones a ecuaciones. Dada una expresión algebraica (lea: no diferencial) de la ecuación de $f(x)=0$ donde $f : \mathbb{R} \rightarrow \mathbb{R}$ es lo suficientemente suave, a menudo es posible demostrar que la asignación de \begin{equation} \Phi_f(x) = x - \frac{f(x)}{f'(x)} \end{equation} es una contracción en algunas de espacio métrico restringiendo $x$ a un intervalo. Esto da lugar a la existencia de una solución a la ecuación original. Este es el método de Newton, que tiene tanto teóricos y prácticos de la significación.

Considere la ecuación diferencial ordinaria $\dot{\mathbf{x}}=\mathbf{v}(\mathbf{x},t)$. La asignación de Picard \begin{equation*} \Psi(\phi)(t) = \mathbf{x}_0 + \int_0^t \mathbf{v}(\phi(\tau),\tau) \; d\tau \end{ecuación*} es una contracción en función del espacio, bajo condiciones adecuadas, en $\mathbf{v}$. Esto produce una existencia resultado para la educación a distancia con los datos de $\mathbf{x}_0$. Una muy similar mapa aparece en el estudio de ciertos no lineal de ecuaciones diferenciales parciales (por ejemplo, Duhamel, el principio se aplica a semilinear ecuaciones). Contrasta con la solución numérica de una ecuación algebraica, la contracción en estos casos no es de mucho uso práctico.

Claramente la derivada es útil para demostrar la existencia de ecuaciones algebraicas, y de manera similar para la integral y ecuaciones diferenciales. En línea con el título, he perdido una aplicación teórica de la integral a resolver ecuaciones algebraicas o la derivada para resolver ecuaciones diferenciales? Si no, hay una moral de la razón por la que no deberíamos esperar encontrar esas aplicaciones?

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Evan Anderson Puntos 118832

Esta es una respuesta basada en mis comentarios anteriores. De hecho hay una versión integral del método de Newton para la ecuación algebraica. Digamos que tienes una ecuación: $$ f(x) = 0, $$ a continuación, podemos establecer un valor inicial problema: $$ \begin{cases} x'(t) = \frac{\alpha}{1+t^{\beta}}f(x), \\[3pt] x(0) = x_0. \end{casos} $$ Como se puede ver, la solución de equilibrio por encima de la educación a distancia es al $f(x) = 0$, es decir, $$ \lim_{t\to \infty} x(t) = r, $$ donde $r$ es una raíz real de $f(x)$.

En que la educación a distancia, $\alpha$ puede ser positivo o negativo depende de $f(x_0)$'s de la señal, y nos gustaría que la solución de desintegración del equilibrio solución bastante rápida, por ejemplo, la elección de $\beta = 1$.

Este método tiene dos ventajas:

  • Se evita la dificultad de la elección de una estimación inicial para el tradicional método de Newton.

  • La derivada de $f(x)$ puede ser cero en algún lugar.


Vamos a usar ese infame $x^3 -2x +2 =0$ por ejemplo, si el valor inicial es $1$ o $0$, entonces usted va a terminar con oscilando siempre entre el $1$ $0$ (por Favor, consulte la wiki de entrada para el método de Newton).

newton

Utilizando el enfoque de la educación a distancia, establecer el siguiente valor inicial del problema con valor inicial $0$, e $\alpha = 1, \beta = -1$. $$ \begin{cases} x'(t) = -\frac{t}{1+t }(x^3 -2x +2), \\[3pt] x(0) = 0. \end{casos} $$ La elección de paso de tiempo $h= 0.05$, y podemos ver la solución a $x(t)$ converge muy rápido a la solución de equilibrio $x_e\approx -1.7692923542386314152$, que es la raíz de $x^3 -2x +2 =0$:

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La filosofía detrás de esto es que: No importa integración o diferenciación, sólo necesitamos que la contracción en los espacios donde la solución se encuentra, y esta contracción debe ser "buenas", por lo que podemos obtener una buena aproximación después de unas pocas iteraciones.

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