Метод Ньютона (метод Ньютона-Рафсона, метод касательных) требует для нахождения корня нелинейного уравнения выполнения достаточно большого количества условий. В качестве компенсации он (в общем случае) сходится быстрее любого другого численного метода нахождения корня уравнения F(x)=0.Для функции F(x) должен быть определен интервал изоляции корня [a;b], такой что на нем:а) F(a) и F(b) имеют разные знаки;б) F(x) определена и непрерывна;в) F'(x) ≠ 0г) F"(x) определена всюду и имеет постоянный знак1. Перепишем уравнение в более привычном виде и сделаем преобразования, необходимые для нахождения интервала изоляции корня [a;b], а также проверки выполнения на нем условий а) - г)
=(2^{2x}+3)5^x+2\cdot4^x\cdot5^{x+1}-0.9; \\
F(x)=11\cdot20^x+3\cdot5^x-0.9; \\
F'(x)=11\cdot20^x\cdot\ln{20}+3\cdot5^x\cdot\ln5; \\
F''(x)=11\cdot20^x\cdot(\ln{20})^2+3\cdot5^x\cdot(\ln5)^2)
Степенная функция при натуральном основании и вещественном показателе степени всюду положительна, является непрерывной и монотонно возрастающей. Комбинация показательных функций будет также обладать этими свойствами.При х=0 (считать удобно) F(x) = 11+3-0.9 = 13.1При х=-1 (тоже удобно) F(x) = 11/20 +3/5 - 9/10 = 1/4 (почти ноль!)При х=-2 F(x) = 11/400 + 3/25 - 9/10 = -301/400 ≈ - 0.7525Условие а) выполнено, интервал изоляции корня найден, a=-2, b=-1.Прочие условия на этом интервале также выполняется в соответствии с написанным выше.2. В качестве начального приближения выберем точку, находящуюся в середине интервала изоляции. х₀ = -1.53. Зададимся максимальной погрешностью решения, равной 10⁻⁶4. Определим условие завершения поиска корня.В соответствии с известной формулой (например, см. стр. 41 в книге Гловацкая А.П. Методы и алгоритмы вычислительной математики. Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1999), длина интервала изоляции корня связана с погрешностью следующим образом:
![\displaystyle |x_{n+1}-x_n|\leq\sqrt{ \frac{2m\epsilon}{M}}, \\
\displaystyle m=|min(F'[a,b]|, \quad M=|max(F''[a,b]| \displaystyle |x_{n+1}-x_n|\leq\sqrt{ \frac{2m\epsilon}{M}}, \\
\displaystyle m=|min(F'[a,b]|, \quad M=|max(F''[a,b]|](https://tex.z-dn.net/?f=\displaystyle |x_{n+1}-x_n|\leq\sqrt{ \frac{2m\epsilon}{M}}, \\
\displaystyle m=|min(F'[a,b]|, \quad M=|max(F''[a,b]|)
F'(a) = 11/400*ln(20)+3/25*ln(5) ≈ 0.275515187014827;F"(b) = 11/20*ln(20)²+3/5*ln(5)² ≈ 6.49010075653527Величина интервала для х при ε=10⁻⁶ будет составлять приблизительно 0.0002914.5. Составим программу на языке программирования PascalABC.NET 3.3. и найдем корень уравнения.
// PascalABC.NET 3.3, сборка 1579 от 18.11.2017// Внимание! Если программа не работает, обновите версию!begin var f:real->real:=x->11*Power(20,x)+3*Power(5,x)-0.9; var f1:real->real:=x->11*Power(20,x)*Ln(20)+3*Power(5,x)*Ln(5); var f2:real->real:=x->11*Power(20,x)*Sqr(Ln(20))+3*Power(5,x)*Sqr(Ln(5)); var (a,b,eps):=(-2.0,-1.0,1e-6); var d:=Sqrt(2*f1(a)*eps/f2(b)); var xn1:=(a+b)/2; var xn:real; repeat (xn,xn1):=(xn1,xn-f(xn)/f1(xn)); until Abs(xn-xn1)<=d; Writeln(xn1:0:6);end.
Результат:-1.109118