matlab实现Newton法-割线法-抛物线法

1、一实验目的：熟悉和掌握Newton法,割线法,抛物线法的方法思路，并能够在matlab上编程实现二问题描述：问题一. 方程求根(1).给定一个三次方程,分别用Newton法,割线法,抛物线法求解.方程的构造方法:(a)根:方程的根为学号的后三位乘以倒数第二位加1再除以1000.假设你的学号为B06060141,那么根为141*(4+1)/1000=0.564(b)方程:以你的学号的后三位数分别作为方程的三次项,二次项,一次项的系数,根据所给的根以及三个系数确定常数项.例如:你的学号是B06060141,那么你的方程是x3+4x2+x+a0=0的形式.方程的根为0.564,因此有0.5643+4

2、*0.5642+0.564+a0=0,于是a0=-2.015790144你的方程为x3+4x2+x-2.015790144=0.(2)假设方程是sinx+4x2+x+a0=0的形式三个系数分别是学号中的数字，重新解决类似的问题(3)构造一个五次方程完成上面的工作.四次方程的构造:将三次多项式再乘以(x-p*)2得到对应的五次多项式(p*为已经确定的方程的根,显然,得到的五次方程有重根).(4)将2中的方程同样乘以(x-p*)得到一个新的方程来求解三算法介绍在本文题中，我们用到了newton法，割线法，抛物线法。1.Newton法迭代格式为： xk+1=xk-f(xk)f'(xk+1)当

3、初值x0与真解足够靠近，newton迭代法收敛，对于单根，newton收敛速度很快，对于重根，收敛较慢。2.割线法：为了回避导数值f'(xk)的计算，使用xk，xk-1上的差商代替f'(xk)，得到割线法迭代公式：xk+1=xk-xk-xk-1fxk-fxk-1f(xk)割线法的收敛阶虽然低于newton法，但迭代以此只需计算一次f(xk)函数值，不需计算其导数，所以效率高，实际问题中经常应用。3.抛物线法：可以通过三点做一条抛物线，产生迭代序列的方法称为抛物线法。其迭代公式为： xk+1=xk-2f(xk)k+sgn(k)k2-4fxkfxk,xk-1,xk-2其中 k=fx

4、k,xk-1+(xk-xk-1)fxk,xk-1,xk-2收敛速度比割线法更接近于newton法。对于本问题的解决就以上述理论为依据。终止准那么为：|pn-pn-1|< 此题中所有取1e-6。四程序注：n表示迭代步数。第一题1首先根据题目要求对方程进行构造，得到的方程为：y=x3+2x-0.205061208。Newton法求解算法建立newton1.m源程序，源程序代码为：function x=newton1(fn,dfn,x0,e)if nargin<4,e=1e-4;endx=x0;x0=x+2*e;while abs(x0-x)>ex0=x;x=x0-feval(fn

5、,x0)/feval(dfn,x0);end在matlab软件中执行以下语句并得到最终结果截图>> clear>> fun=inline('x3+2*x-0.205061208');>> dfun=inline('3*x2+2');format long;>> newton1(fun,dfun,0.5,1e-6),format short 并得到最终结果n = 4ans = 0.10200000000000割线法求解算法建立gexianfa.m源程序，源程序代码为：function x=gexian(f,x0,x1

6、,e)if nargin<4,e=1e-4;endy=x0;x=x1;while abs(x-y)>e z=x-(feval(f,x)*(x-y)/(feval(f,x)-feval(f,y); y=x; x=z;end在matlab软件中执行以下语句>> clear>> fun=inline('x3+2*x-0.205061208');>> gexianfa(fun,0,1,1e-6),format short并得到最终结果：n = 5ans = 0.1020抛物线法求解算法建立paowuxian.m源程序，源程序代码为：fun

7、ction x=pawuxian(f,x0,x1,x2,e)if nargin<4,e=1e-4;endx=x2;y=x1;z=x0;while abs(x-y)>e h1=y-z; h2=x-y; c1=(feval(f,y)-feval(f,z)/h1; c2=(feval(f,x)-feval(f,y)/h2; d=(c1-c2)/(h2+h1); w=c2+h2*d; xi=x-(2*feval(f,x)/(w+(w/abs(w)*sqrt(w2-4*feval(f,x)*d); z=y; y=x; x=xi;end在matlab软件中执行以下语句>> fun=

8、inline('x3+2*x-0.205061208');>> paowuxian(fun,0,0.5,1,1e-6),format short并得到最终结果n = 7ans = 0.1020第一题2根据要求，待求解的方程应为：y=sinx+2x-0.205061208。仍然利用1中方法求解这一问题，并利用图解法找到初值，通过观察图像，将newton法初值设为：0.2，割线法初值设为：0,0.2。抛物线法初值设为：0,0.1,0.2。图像见以下列图：Newton法求解：在matlab软件中执行以下语句>> clear>> fun=inline

9、('sin(x)+2*x-0.205061208');>> dfun=inline('cos(x)+2');format long;>> newton1(fun,dfun,0.2,1e-6),format short并得到最终结果n = 3ans = 0.06837148815510割线法求解：在matlab软件中执行以下语句>> clear>> fun=inline('sin(x)+2*x-0.205061208');>> gexianfa(fun,0,0.2,1e-6),format

10、 short并得到最终结果截图n = 3ans = 0.0684抛物线法求解在matlab软件中执行以下语句并得到最终结果截图>> clear>> fun=inline('sin(x)+2*x-0.205061208');>> paowuxian(fun,0,0.1,0.2,1e-6),format short并得到最终结果n = 3ans = 0.0684问题一3按照题目要求对五次方程进行构造为： y=x3+2x-0.205061208*(x-0.102)2仍然利用1中方法求解这一问题，并利用图解法找到初值，通过观察图像，将newton法初

11、值设为：在此处我们选取了两组初值为0以及0.5，割线法初值设为：-1,1。抛物线法初值设为：两组初值为-1,0,1以及0,0.5,1。Newton法：在matlab软件中执行以下语句>> clear>> fun=inline('(x3+2*x-0.205061208)*(x-0.102)2');>> dfun=diff('(x3+2*x-0.205061208)*(x-0.102)2')dfun = (3*x2+2)*(x-.102)2+2*(x3+2*x-.205061208)*(x-.102)>>dfun=in

12、line('(3*x2+2)*(x-.102)2+2*(x3+2*x-.205061208)*(x-.102)');format long;>> newton1(fun,dfun,0,1e-6),format short并得到最终结果：n = 27ans = 0.10199821300764>> newton1(fun,dfun,0.5,1e-6),format shortn = 31ans = 0.1020割线法：在matlab软件中执行以下语句>> clear>> fun=inline('(x3+2*x-0.20506

13、1208)*(x-0.102)2');>> gexianfa(fun,-1,1,1e-6),format short并得到最终结果：n = 41ans = 0.1020抛物线法：在matlab软件中执行以下语句>> clear>> fun=inline('(x3+2*x-0.205061208)*(x-0.102)2');>> paowuxian(fun,0,0.5,1,1e-6),format short并得到最终结果截图：n = 57ans = 0.1020问题一4按照题目要求对方程进行构造仍然利用1中方法求解这一问题

14、，并利用图解法找到初值，通过观察图像，可知存在重根，故将newton法初值设为：两组初值为0以及0.5，割线法初值设为：两组初值为0,0.1以及-0.1,0.1。抛物线法初值设为：两组初值为-1,0,1以及0,0.5,1。绘图语句为：>>fun=inline('(sin(x)+2*x-0.205061208)*(x-0.102)');fplot(fun,-1,1)Newton法：在matlab软件中执行以下语句>> clear>>fun=inline('(sin(x)+2*x-0.205061208)*(x-0.102)');

15、fplot(fun,-1,1);>> dfun=diff('(sin(x)+2*x-0.205061208)*(x-0.102)') dfun = (cos(x)+2)*(x-.102)+sin(x)+2*x-.205061208 >>dfun=inline('(cos(x)+2)*(x-.102)+sin(x)+2*x-.205061208');format long;>> newton1(fun,dfun,0,1e-6),format short并得到最终截图：n = 6ans = 0.06837148815484>

16、> newton1(fun,dfun,0.5,1e-6),format short并得到最终结果：n = 8ans = 0.1020割线法：在matlab软件中执行以下语句>> clear>> fun=inline('(sin(x)+2*x-0.205061208)*(x-0.102)');>> gexianfa(fun,0,1,1e-6),format short并得到最终结果：n = 10ans =0.0684>> gexianfa(fun,0,0.1,1e-6),format short并得到最终结果：n = 5ans

17、 = 0.1020抛物线法：在matlab软件中执行以下语句>> clear>> fun=inline('(sin(x)+2*x-0.205061208)*(x-0.102)');>> paowuxian(fun,-0.1,0,0.05,1e-6),format short并得到最终结果：n = 8ans = 0.0684>> paowuxian(fun,0,0.5,1,1e-6),format short并得到最终结果：n = 15ans = 0.1020五计算结果Newton法割线法抛物线法问题一10.1020.1020.102问题一20.0683714881555100.06840.0684问题一30.1020.1020.102问题一40.102和0.0681488154840.102和0.06840.102和0.06841迭代步数2迭代步数3迭代步数4迭代步数Newton法 4 3 31 6,8割线法 5 3 41 10, 5抛物线法 7 3 57 8，15