Метод решения уравнений Ньютона - Рафсона Метод Ньютона-Рафсона, также известный как Метод Ньютона, представляет собой обобщенный метод поиска корня уравнения (1) Примем x = xj в качестве j-го приближения к корню уравнения (1). Предположим, что xj не является решением. Следовательно, . Предположим также, что мы получили разложение в ряд Тейлора для уравнения (1) относительно точки x = xj : (2) Если примем в качестве следующего члена x = xj+1 , то уравнение (2) будет иметь вид: (3) Теперь предположим, что справедливо необязательное допущение того, что предыдущее приближение xj было удовлетворительным, так что xj+1 - xj мало. Если это предположение верно, мы можем пренебречь членами более высокого порядка в уравнении (3), так как n-я степень малой величины значительно меньше, чем малая величина для n>=2. В этом случае уравнение (3) может быть аппроксимировано следующим образом: (4) Нашей целью является выбор такого xj+1 , чтобы оно стало решением уравнения (1). Следовательно, если наше предыдущее предположение справедливо, xj+1 должно быть выбрано таким, что . Приравняв уравнение (4) к нулю и решив относительно xj+1 , получим: (5) Уравнение (5) называется уравнением Ньютона - Рафсона. Если наше предположение, приведшее к выводу уравнения (5), справедливо, этот алгоритм будет сходящимся, но только в том случае, если точка начального приближения достаточно близка к точке решения. Геометрическая интерпретация сходящегося метода Ньютона - Рафсона приведена на рис. 1а. а) метод сходится б) метод не сходится Рис.1. Геометрическая интерпретация метода Ньютона - Рафсона Однако, если точка начального приближения далека от точки решения, то метод Ньютона - Рафсона может не сходиться совсем. Геометрическая интерпретация не сходящегося метода Ньютона - Рафсона приведена на рис. 1б. Алгоритм Назначение: поиск решения уравнения (1) Вход: Начальное приближение x0 Точность (число итераций I) Выход: xI - решение уравнения (1) Инициализация: calculate f’(x0 ) Шаги: 1. repeat: 2. calculate xi using (5) 3. let i=i+1 4. if i>I then break the cycle end of repeat Модификация алгоритма Ньютона для решения системы нескольких уравнений заключается в линеаризации соответствующих функций многих переменных, т. е. аппроксимации их линейной зависимостью с помощью частных производных. Например, для нулевой итерации в случае системы двух уравнений: