1.3. Метод половинного деления
Метод половинного является самым простым и надежным способом решения нелинейного уравнения. Пусть из предварительного анализа известно, что корень уравнения находится на отрезке , т.
е. , так, что . Пусть функция непрерывна на отрезке и принимает на концах отрезка значения разных знаков, т.е. .Разделим отрезок пополам. Получим точку . Вычислим значение функции в этой точке: . Если , то – искомый корень, и задача решена. Если , то – число определённого знака: либо . Тогда либо на концах отрезка , либо на концах отрезка значения функции имеют разные знаки. Обозначим такой отрезок .
Очевидно, что и длина отрезка в два раза меньше, чем длина отрезка . Поступим аналогично с отрезком . В результате получим либо корень , либо новый отрезок и т. д. (рис. 2).
Рис. 2
Середина -го отрезка . Очевидно, что длина отрезка будет равна , а так как , то
. (1)
Критерий окончания. Из соотношения (1) следует, что при заданной точности приближения вычисления заканчиваются, когда будет выполнено неравенство или неравенство . Таким образом, количество итераций можно определить заранее. За приближенное значение корня берется величина .
Пример. Найдем приближенно с точностью . Эта задача эквивалентна решению уравнения , или нахождению нуля функции .
В качестве начального отрезка возьмем отрезок . На концах этого отрезка функция принимает значения с разными знаками: . Найдем число делений отрезка , необходимых для достижения требуемой точности. Имеем:.
Следовательно, не позднее 6-го деления найдем с требуемой точностью, . Результаты вычислений представлены в таблице 1.
Таблица 1
0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
1,0000 | 1,0000 | 1,0000 | 1,1250 | 1,1250 | 1,1406 | 1,1406 | |
2,0000 | 1,5000 | 1,2500 | 1,2500 | 1,1875 | 1,1875 | 1,1562 | |
1,5000 | 1,2500 | 1,1250 | 1,1875 | 1,1406 | 1,1562 | 1,1484 | |
Зн | - | - | - | - | - | - | - |
Зн | + | + | + | + | + | + | + |
5,5938 | 0,7585 | -0,2959 | 0,1812 | -0,0691 | 0,0532 | -0,0078 | |
– | 1,0000 | 0,5000 | 0,2500 | 0,1250 | 0,0625 | 0,0312 | 0,0156 |