Метод деления отрезка пополам в excel

При прохождении темы численные методы учащиеся уже умеют работать с электронными таблицами и составлять программы на языке паскаль. Работа комбинированного характера.Расчитана на 40 минут. Цель работы повторить и закрепить навыки паботы с программами EXCEL, ABCPascal. Материал содержит 2 файла. Один содержит теоретический материал, так как он и предлагается ученику . Во 2-м файле пример работы ученика Иванова Ивана.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Аналитическое решение некоторых уравнений, содержащих, например тригонометрические функции может быть получено лишь для единичных частных случаев. Так, например, нет способа решить аналитически даже такое простое уравнение, как cos x=x

Численные методы позволяют найти приближенное значение корня с любой заданной точностью.

Приближённое нахождение обычно состоит из двух этапов:

1) отделение корней, т.е. установление возможно точных промежутков [a,b], в которых содержится только один корень уравнения;

2) уточнение приближённых корней, т.е. доведение их до заданной степени точности.

Мы будем рассматривать решения уравнений вида f(x)=0. Функция f(x) определена и непрерывна на отрезке [а.Ь]. Значение х 0 называется корнем уравнения если f(х 0 )=0

Для отделения корней будем исходить из следующих положений:

• Если f(a)* f(b] a, b существует, по крайней мере, один корень
• Если функция y = f(x) непрерывна на отрезке [a, b], и f(a)*f(b) и f ‘(x) на интервале (a, b) сохраняет знак, то внутри отрезка [а, b] существует единственный корень уравнения

Приближённое отделение корней можно провести и графически. Для этого уравнение (1) заменяют равносильным ему уравнением р(х) = ф(х), где функции р(х) и ф(х] более простые, чем функция f(x). Тогда, построив графики функций у = р(х) и у = ф(х), искомые корни получим, как абсциссы точек пересечения этих графиков

Для уточнения корня разделим отрезок [а, b] пополам и вычислим значение функции f(х) в точке x sr =(a+b)/2. Выбираем ту из половин [a, x sr ] или [x sr ,b], на концах которых функция f(x) имеет противоположные знаки.. Продолжаем процесс деления отрезка пополам и проводим то же рассмотрение до тех пор, пока. длина [a,b] станет меньше заданной точности . В последнем случае за приближённое значение корня можно принять любую точку отрезка [a,b] (как правило, берут его середину). Алгоритм высокоэффективен, так как на каждом витке (итерации) интервал поиска сокращается вдвое; следовательно, 10 итераций сократят его в тысячу раз. Сложности могут возникнуть с отделением корня у сложных функций.

Для приближенного определения отрезка на котором находится корень можно воспользоваться табличным процессором, построив график функции

ПРИМЕР : Определим графически корень уравнения . Пусть f1(х) = х , a и построим графики этих функций. (График). Корень находится на интервале от 1 до 2. Здесь же уточним значение корня с точностью 0,001(на доске шапка таблицы)

Алгоритм для программной реализации

1. а:=левая граница b:= правая граница
2. m:= (a+b)/2 середина
3. определяем f(a) и f(m)
4. если f(a)*f(m)
5. если (a-b)/2>e повторяем , начиная с пункта2

Точки графика функции на концах интервала соединяются хордой. Точка пересечения хорды и оси Ох (х*) и используется в качестве пробной. Далее рассуждаем так же, как и в предыдущем методе: если f(x a ) и f(х*) одного знака на интервале , нижняя граница переносится в точку х*; в противном случае – переносим верхнюю границу. Далее проводим новую хорду и т.д.

Осталось только уточнить, как найти х*. По сути, задача сводится к следующей: через 2 точки с неизвестными координатами (х 1 , у 1 ) и (х 2 , у 2 ) проведена прямая; найти точку пересечения этой прямой и оси Ох.

Запишем уравнение прямой по двум точках:

В точке пересечения этой прямой и оси Ох у=0, а х=х*, то есть

, откуда

процесс вычисления приближённых значений продолжается до тех пор, пока для двух последовательных приближений корня х„ и х п _1 не будет выполняться условие abs(xn-x n-1 ) е – заданная точность

Сходимость метода гораздо выше предыдущего

Алгоритм различается только в пункте вычисления серединной точки- пересечения хорды с осью абсцисс и условия останова (разность между двумя соседними точками пересечения)

Уравнения для самостоятельного решения: (отрезок в excel ищем самостоятельно)

Доброго времени суток! Я решил разбавить наши стандартные статьи по программированию в VBA. Поэтому сегодня мы поговорим о численных методах решения нелинейных алгебраических уравнений, в целом и о каждом в отдельности.

Численные методы

Предназначение численных методов — упростить человеку решение математических задач. Существуют численные методы для решения интегралов, дифференциалов, линейных и нелинейных алгебраических уравнений и т.д. В основном в ВУЗ-ах изучают только перечисленные.

Под численными методами решения алгебраических уравнений подразумевают алгоритмы нахождения корней уравнения. Алгоритмы, в основном, отличаются скоростью нахождения корней с необходимой точностью, а также условием сходимости. Также, иногда встречается такая характеристика, как простота алгоритма.

Метод половинного деления(бисекции, дихотомии)

В отличие от большинства других методов, метод половинного деления сходится всегда, т.е. обладает безусловной сходимостью, поэтому применим для решения любых уравнений. Кроме этого он чрезвычайно прост. Основным недостатком такого метода является его скорость. С каждым шагом его погрешность уменьшается в два раза, поэтому его можно отнести к методам с линейной сходимостью.

Реализация метода половинного деления в VBA

В интернете можно найти много разных реализаций данного метода как на C++, Matlab и других языках. Языков много, алгоритм один. Для лучшего понимания посмотрим на блок схему.
Распишем общий алгоритм:
Шаг 0. Задать концы отрезка a и b, функцию f, малое число e>0 (допустимую абсолютную погрешность корня или полудлину его промежутка неопределённости), малое q>0 (допуск, связанный с реальной точностью вычисления значений данной функции); вычислить f(a).

Хорошим упражнением по работе с MS Excel является программирование на рабочем листе алгоритма нахождения корня уравнения F(x) = 0 методом деления отрезка пополам. Пусть непрерывная функция F(x) имеет значения разных знаков на концах отрезка [a; b], т. е. F(a)*F(b)=0.

Тогда уравнение F(x)=0 имеет корень внутри этого отрезка. Отрезок [a; b] называется отрезком локализации корня. Пусть c = (а + b) / 2 – середина отрезка [a; b]. Если F(а)*F(с) 2 -2 = 0. За первоначальный отрезок локализации корня выбран [0; 2].

Для реализации этого метода введите в ячейки рабочего лист формулы либо значения (табл. 1).

Таблица 1 – Формулы для нахождения корней уравнения На самом деле в диапазон C4 :E4 не надо вводить формулы с клавиатуры. Выберите диапазон C3: F3, расположите указатель мыши на маркере заполнения, и протяните его на одну строку вниз.