迭代法解一元三次方程
三次方程求解方法详解

三次方程求解方法详解一、引言三次方程是高中数学中重要的命题之一,解三次方程除了使用根式公式外,还可以利用变换、化简和因式分解等方法求解。
随着计算机科技的不断发展,解三次方程的方法也越来越多样化,本文将详细介绍传统的解法和现代的算法。
二、代数方法代数方法是求解三次方程的基础方法,也是高中数学课程中重点内容之一。
以一般形式的三次方程ax^3+bx^2+cx+d=0为例,使用代数方法求解。
首先利用因式定理或配方公式,将其转化为(x+p)^3+q=0或(x+p)(x^2+qx+r)=0的形式,然后求解即可。
三、因式分解法当三次方程的系数为整数,方程有有理根时,可以利用因式分解法求解。
首先通过有理根定理求出方程的有理根,然后将因式分解成(x-a)(bx^2+cx+d)=0的形式,再求解即可。
需要注意的是,如果方程没有有理根,该方法就不适用了。
四、换元法换元法是利用变量替换的方法,转化为新的方程,从而使原方程变得更容易求解。
常用的换元方法有两种:一是令x=u-v,二是令x=u+1/u。
具体使用哪一种方法取决于三次方程的特点。
例如,方程x^3+3x^2-21x-65=0可利用令x=y-1求解,然后得到y^3=64,最终解得x=4-2√3、-2√3-4、4+2√3。
五、牛顿迭代法牛顿迭代法是用于寻找函数实根的经典算法,也可以用于解三次方程。
其思路是利用牛顿公式逐步逼近函数的零点,即x=x-f(x)/f'(x),其中f(x)是原函数,f'(x)是它的导数。
具体来说,对于三次方程,可以将其化为f(x)=ax^3+bx^2+cx+d=0的形式,然后使用牛顿迭代法求解。
六、龙贝格-莫尔法龙贝格-莫尔法是一种数值求解三次方程的算法,也是比较经典的方法之一。
其思路是将三次方程化为函数的根的形式,然后利用龙贝格-莫尔积分公式进行计算。
具体来说,该方法可以分为三个步骤:首先将三次方程化为函数的根形式,然后对所得函数进行龙贝格-莫尔积分,最终得出方程的解。
迭代法解方程

迭代法解方程•迭代法如果方程的形式可以化简成 x = f(x) ,其中f(x)是一个比较简单明了的函数例如ln(x)+1。
其相对图形如右图所示,这样我们可以先假设一个x值,将该x代入f(x)中,这样可以计算出一个新的x,重复以上步骤,直到达到一个稳定的x,即相邻两次的x值相差不大。
迭代法有可能出现振动发散的情况,因此如果循环超过一定次数应该退出循环,重新选取初始值。
此外迭代法通常只能解出一到两个方程的实数根。
•二分法如果方程的形式可以化简成 f(x)=0 ,那么我们设法得到一个x1使f(x1)大于零,再设法得到一个x2使f(x2)小于零,那么如果f(x)在x1到x2之间是连续的化,则必然有一个点x0使f(x0)=0。
于是我们计算x1和x2的中点x3,如果f(x3)大于零则说明x0在x3和x2之间否则x0在x1和x3之间,如此循环下去直到得出一个符合要求的根。
如右图所示。
二分法如果可以开始则一定有解,不会出现无解的情况。
当然二分发仍然可能遗漏一些解。
rootx=f_solve(x1,x2)例程数据类型:x1,x2和函数的返回值均为双精度类型参数说明:x1,x2为试探用的x值,要求其相应的y(x1)和y(x2)必需一正一负返 回 值:该函数返回在x1,x2区间中的一个解,如果无解或者输入参数有问题则返回-9999999.99999E-999其他要求:该函数将调用f_y(x)函数,必需有相应函数VERSION 5.00Begin VB.Form Form1Caption = "Form1"ClientHeight = 5700ClientLeft = 60ClientTop = 345ClientWidth = 7230LinkTopic = "Form1"ScaleHeight = 5700ScaleWidth = 7230StartUpPosition = 3 'Windows DefaultBegin VB.PictureBox Picture1Height = 4935Left = 120ScaleHeight = 4875ScaleWidth = 6915TabIndex = 1Top = 720Width = 6975EndBegin mandButton Command1Caption = "Command1"Height = 495Left = 120TabIndex = 0Top = 120Width = 3015EndEndAttribute VB_Name = "Form1"Attribute VB_GlobalNameSpace = FalseAttribute VB_Creatable = FalseAttribute VB_PredeclaredId = TrueAttribute VB_Exposed = FalseOption ExplicitSub draw_pic(ByVal x_min As Double, ByVal x_max As Double, ByVal y_min As Double, ByVal y_max AsDouble)Dim x, i, y As DoublePicture1.Scale (x_min, y_max)-(x_max, y_min)Picture1.Line (0, y_min)-(0, y_max)Picture1.Line (x_min, 0)-(x_max, 0)For x = x_min To x_max Step 0.01y = f_y(x)If y < y_min Then y = y_minIf y > y_max Then y = y_maxPicture1.PSet (x, y), RGB(255, 0, 0)NextEnd SubFunction f_y(ByVal x As Double) As Double ‘定义方程f_y = x + 2 * x ^ 2 - 4 * x ^ 3 + x ^ 4End FunctionFunction f_solve(ByVal x1 As Double, ByVal x2 As Double) As Double ‘定义解及过程 ??ByVal?? Dim x3 As DoubleDim y1 As DoubleDim y2 As DoubleDim y3 As DoubleDim y0 As DoubleDim dx0 As DoubleDim n As Longy1 = f_y(x1) 'x1,x2初始值是多少????? 代入方程,获得第一个试探解的函数值y2 = f_y(x2) '获得第二个试探解的函数值If y1 * y2 > 0 Then '如果两个试探解对应的函数值不是一正一负,则返回错误值f_solve = 9.999E-99MsgBox ("试探解不合适" + Str(y1) + " " + Str(y2))Exit FunctionEnd Ify0 = Abs(y1) + Abs(y2) '获得最初的y的绝对数量级,未来退出循环时需要判断其相对大小If y0 > 1 Then y0 = 1dx0 = Abs(x1 - x2) '初始试探x之间的差距n = 0 '循环计数器Don = n + 1x3 = (x1 + x2) / 2y3 = f_y(x3)If y1 * y3 > 0 Then '新的试探解和y1同号,则用新试探解替代x1x1 = x3ElseIf y2 * y3 > 0 Then '新的试探解和y2同号,则用新试探解替代x2x2 = x3ElseIf y3 = 0 Then '恰好找到了解'注意此处虽然什么也不作,但是不可以删除Elsef_solve = 9.999E-99 '出现了错误Exit FunctionEnd Ify1 = f_y(x1) '获得第一个试探解的函数值y2 = f_y(x2) '获得第二个试探解的函数值Loop While Abs(y3) > 0.000000000001 * y0 And Abs(x1 - x2) > 0.000000000001 * dx0 And n <= 20000 'Picture1.PSet (x3, 0)'Picture1.Print x3'Picture1.Print nf_solve = x3End FunctionPrivate Sub Command1_Click()Dim r As Doubler = f_solve(0.5, 2)Command1.Caption = Str(r)draw_pic -1, 4, -10, 2End Sub•牛顿法如果方程的形式可以化简成 f(x)=0 ,并且可以比较方便的求出f(x)的导数,那么我们只要知道一个点的f(x)就可以根据x,f(x)及f(x)的导数求出下一个更加接近X0的x,循环求解我们可以解出该方程的根。
求解一元三次方程的技巧

求解一元三次方程的技巧求解一元三次方程是数学中的一种常见问题,通常会使用不同的方法和技巧。
下面将介绍一些常用的方法和技巧,帮助您解决这类问题。
一、因式分解法当一元三次方程能够进行因式分解时,可以使用这种方法来求解。
具体步骤如下:1. 将方程写成标准形式:ax^3 + bx^2 + cx + d = 0。
2. 尝试对方程进行因式分解,看是否能找到一个因式。
常见的技巧包括因式定理、分组分解法、平方差公式、变量替换等。
3. 如果找到了一个因式,将方程进行因式分解。
例如,如果找到了因式(x - a),则将方程分解为(x - a)(px^2 + qx + r) = 0。
4. 解出求解方程px^2 + qx + r = 0,该方程为二次方程,可以使用求解二次方程的方法进行处理。
5. 求解得到的根代入(x - a) = 0,解得方程的其他根。
二、配方法当一元三次方程无法进行因式分解时,可以尝试使用配方法进行求解。
具体步骤如下:1. 将方程写成标准形式:ax^3 + bx^2 + cx + d = 0。
2. 将方程左侧的三次项和一次项的系数进行合并,得到方程的配方形式:x^3 + px + q = 0。
3. 将方程的配方形式整理成 (x + m)^3 + n = 0 的形式,其中 m、n 是待定常数。
4. 比较原方程和配方形式的系数,得到 m 和 n 的表达式。
5. 将方程的配方形式展开,并与原方程进行比较,得到关于 m 和 n 的方程组。
6. 解方程组得到 m 和 n 的值。
7. 代入 m 和 n 的值,得到方程的解。
三、牛顿迭代法当以上两种方法均无法求解一元三次方程时,可以使用牛顿迭代法来逼近方程的解。
具体步骤如下:1. 将方程写成标准形式:ax^3 + bx^2 + cx + d = 0。
2. 选择一个初始近似解 x0。
3. 根据迭代公式 xn+1 = xn - f(xn)/f'(xn),依次计算迭代值xn+1,直到满足迭代精度要求或达到最大迭代次数为止。
解一元三次方程专题

解一元三次方程专题---一元三次方程是指次数最高为三次的方程,通常的形式为:$$ax^3+bx^2+cx+d=0$$解一元三次方程的方法有多种,下面将介绍其中的几种常用方法。
---方法一:分离变量法分离变量法是一种常用的解一元三次方程的方法。
它的基本思想是将方程中的$x$和常数项用不同的符号表示,然后将方程化为两个关于不同变量的方程,进而求得解。
具体步骤如下:1. 将方程变形,使得方程右边为0。
2. 令$x=y-\frac{b}{3a}$,将原方程转化为以$y$为变量的形式。
3. 将变量分离,得到两个方程。
4. 解两个方程,得到$y$的值。
5. 将$y$的值代入$x=y-\frac{b}{3a}$,求得$x$的值。
注意:分离变量法只能得到方程的实数根。
---方法二:高斯消元法高斯消元法是解一元三次方程的另一种常用方法。
它的基本思想是通过变量替换和高斯消元的操作,将方程化为一个二次方程和一个一次方程,从而求得解。
具体步骤如下:1. 将方程变形,使得方程右边为0。
2. 令$u=x-\frac{b}{3a}$,将原方程转化为以$u$为变量的形式。
3. 减去方程两边的$d$,得到$u^3+pu+q=0$的形式。
4. 利用高斯消元法求解$u^3+pu+q=0$,得到$u$的值。
5. 将$u$的值代入$x=u-\frac{b}{3a}$,求得$x$的值。
注意:高斯消元法可以得到方程的实数根和复数根。
---方法三:牛顿迭代法牛顿迭代法是一种数值解法,可以用来解一元三次方程。
它的基本思想是通过迭代逼近的方式,不断改进初始值,从而求得解。
具体步骤如下:1. 将方程变形,使得方程右边为0。
2. 选取一个初始值$x_0$。
3. 根据牛顿迭代公式 $x_{n+1} = x_n - \frac{f(x_n)}{f'(x_n)}$,不断迭代,直到满足精确度要求或达到迭代次数。
4. 得到近似解。
注意:牛顿迭代法可以得到方程的实数根和复数根,但要求初始值选择得当。
递推数列法求解一元三次方程

递推数列法求解一元三次方程递推数列法是一种常见的解决数列问题的方法,但是它也可以应用于求解一元三次方程。
在本文中,我将介绍如何使用递推数列法来求解一元三次方程。
首先,让我们看一个例子。
假设我们有一个一元三次方程:x^3 - 3x^2 + 3x - 1 = 0。
我们可以使用递推数列法来求解该方程。
步骤1:建立递推数列我们首先要建立一个递推数列,该数列的前三项是方程的系数。
我们将使用n表示数列的第n项,即a_n。
a_0 = 1a_1 = -3a_2 = 3步骤2:确定递推关系式接下来,我们要确定递推数列的递推关系式。
对于一元三次方程,递推关系式如下所示:a_n = (a_{n-1} - a_{n-2} + a_{n-3}) / a_0步骤3:计算递推数列根据递推关系式,我们可以计算出递推数列的后续项。
下面是前几项的计算过程:a_3 = (a_2 - a_1 + a_0) / a_0= (3 - (-3) + 1) / 1= 7a_4 = (a_3 - a_2 + a_1) / a_0= (7 - 3 + (-3)) / 1= 1a_5 = (a_4 - a_3 + a_2) / a_0= (1 - 7 + 3) / 1= -3步骤4:判断根的个数通过计算递推数列,我们可以发现当递推数列中出现了重复项时,即a_n = a_{n-1} = a_{n-2},我们就可以判断方程有一个根。
当递推数列中出现了三个连续的重复项时,即a_n = a_{n-1} = a_{n-2} = a_{n-3},我们就可以判断方程有两个根。
在我们的例子中,递推数列是:1,-3,3,7,1,-3,... 可以看出,递推数列中的1,-3,3已经重复出现,因此方程有一个根。
步骤5:计算根的值我们可以使用递推数列的倒数两项来计算根的值。
在我们的例子中,递推数列的倒数两项是1和-3,所以我们可以得出方程的一个根为1。
通过带入方程验证一下,我们可以发现当x=1时,方程成立:1^3 - 3(1)^2 + 3(1) - 1 = 0至此,我们成功地使用递推数列法求解了一元三次方程。
计算方法---牛顿迭代法的应用

牛顿迭代法的应用一、牛顿法简介牛顿迭代法(Newton's method )又称为牛顿-拉夫逊方法(Newton-Raphson method ),它是牛顿在17世纪提出的一种在实数域和复数域上近似求解方程的方法。
多数方程不存在求根公式,因此求精确根非常困难,甚至不可能,从而寻找方程的近似根就显得特别重要。
牛顿迭代法是求方程根的重要方法之一,其最大优点是在方程f(x) = 0的单根附近具有平方收敛,而且该法还可以用来求方程的重根、复根,此时线性收敛,但是可通过一些方法变成超线性收敛。
该方法广泛用于计算机编程中。
简单迭代法是用直接的方法从原方程中隐含地解出x ,从而确定出)(x ϕ。
而牛顿迭代法是用一种间接而特殊的方法来确定)(x ϕ的。
下面具体推到牛顿迭代公式。
假设k x 是非线性方程为0)(=x f 的一个近似根,把)(x f 在k x 处作泰勒展开:+-+-+=2''')(!2)())(()()(k k k k k x x x f x x x f x f x f若取前两项来近似代替)(x f (称为)(x f 的线性化),则得近似的线性方程0))(()()('=-+≈k k k x x x f x f x f设0)('≠k x f ,令其解为1+k x ,则得)()('1k k k k x f x f x x -=+ (1)这称为0)(=x f 的牛顿迭代公式。
它对应的迭代方程为)()('x f x f x x -=显然是0)(=x f 的同解方程,故其迭代函数为)()()('k k k x f x f x x -=ϕ (0)('≠x f ) 在0)(=x f 的根α的某个邻域)|(|δα≤-x R 内,0)(≈x f1|)('||)(||)(||)(|2'''<≤•=L x f x f x f x ϕ 在α的邻域R 内,对任意初值x 0,应用由公式(1)来解方程的方法称为牛顿迭代法,它是解代数方程和超越方程的有效方法之一。
一元三次方程结论

一元三次方程结论一元三次方程是高中数学中的一个重要知识点。
在解一元三次方程的过程中,我们可以得出一些有趣的结论,这些结论不仅可以帮助我们更好地理解和掌握一元三次方程的知识,还可以启发我们思考数学问题的本质和方法。
本文将就一元三次方程的解法和结论展开探讨,包括如下内容:一、一元三次方程的解法及应用二、一元三次方程的三个根的关系三、一元三次方程的系数与根的关系四、一元三次方程的应用一、一元三次方程的解法及应用一元三次方程指的是形如ax³+bx²+cx+d=0的方程,其中a、b、c、d均为实数且a≠0。
解一元三次方程的方法有很多种,如代数法、因式分解法、配方法、公式法等等。
这里我们分别来介绍几种方法的基本思路和应用场景。
1.代数法代数法是解一元三次方程的最基本方法,也是我们掌握的第一种方法。
其基本思路是化简方程,将其变为二次方程及以下的形式,进而求解。
例如,对于一元三次方程ax³+bx²+cx+d=0,我们可以通过以下步骤来化简方程:1.将式子两边除以a,得x³+(b/a)x²+(c/a)x+(d/a)=0。
2.将x=t-(b/3a)代入,得t³+pt+q=0(其中p=c/a-b²/3a²,q=d/a+2b³/27a³-bc/3a²)。
3.对t³+pt+q=0使用牛顿迭代法或二分法求出t的解。
4.将t的解反代回原方程中,得到x的解。
2.因式分解法因式分解法是一种比较实用的方法,适用于一些特殊的一元三次方程。
其基本思路是将方程因式分解,使得其能够更方便地求解。
例如,对于一元三次方程x³-3x²+2x=0,我们可以通过如下步骤来求解:1.将方程中的公因式x提取出来,得到x(x²-3x+2)=0。
2.将(x²-3x+2)分解为(x-1)(x-2),得到x(x-1)(x-2)=0。
迭代法解一元三次方程的应用

迭代法解一元三次方程的应用一元三次方程是数学中常见的高次方程之一,解一元三次方程可以使用不同的方法,其中迭代法是一种常用的数值计算方法。
本文将介绍迭代法解一元三次方程的原理和具体应用。
1. 迭代法解一元三次方程的原理迭代法是一种通过逐步逼近的方法求解方程的数值解。
对于一元三次方程ax^3 + bx^2 + cx + d = 0,我们可以通过迭代的方式逐步逼近方程的解x。
具体而言,可以通过以下步骤进行迭代计算:(1) 选择一个初始值x0;(2) 根据迭代公式x_{n+1} = f(x_n),计算下一步的迭代值x_{n+1},其中f(x)为方程ax^3 + bx^2 + cx + d的一个函数;(3) 判断迭代值x_{n+1}与x_n的差值是否满足收敛条件,如果满足,则认为x_{n+1}是方程的近似解;如果不满足,则返回第(2)步继续迭代计算。
2. 迭代法解一元三次方程的具体应用迭代法解一元三次方程在实际应用中具有广泛的应用价值。
以下是一些相关领域中的具体应用案例:2.1 金融工程学在金融工程学中,迭代法可用于求解期权定价模型中的一元三次方程。
期权定价模型通常涉及到高次方程的求解,通过迭代法可以得到方程的数值解,进而计算出期权的价格。
2.2 物理学在物理学中,迭代法常被用于求解一元三次方程模型。
例如,在自由落体运动的模型中,通过迭代法可以求解出物体运动的轨迹方程,进而可以对物体的运动进行预测和分析。
2.3 工程学在工程学中,迭代法常用于求解电路网络中复杂电流电压分布的方程。
通过将电路网络建模为一元三次方程,利用迭代法可以逐步逼近得到电路中各节点的电流和电压数值解,从而可以有效分析和设计电路。
2.4 经济学在经济学研究中,迭代法被用于求解一元三次方程模型,用于分析和预测经济变量的变化趋势。
例如,对于经济增长模型中的一元三次方程,可以通过迭代法求解得到经济增长率的数值解,进而进行经济政策的制定和评估。
3. 迭代法解一元三次方程的优缺点迭代法解一元三次方程具有以下优点和缺点:3.1 优点(1) 对大部分情况可行:迭代法可用于求解各种类型的一元三次方程,在实际应用中通用性较高;(2) 数值解精度高:通过逐步逼近的方式,迭代法可以得到一定精度的方程数值解。
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第一题
1、用牛顿迭代法解方程
求解任意的三次方程:
ax3+bx2+cx+d=0
要求a,b,c,d从键盘输入,使用循环方法编程。
解法思路:
先把求与X轴交点坐标公式放着免得忘记了
x= x1f(x2)-x2f(x1)/f(x2)-f(x1)
之后比较x1的y1值和x2的y2值,如果两个为异号,那么两个x之间一定有方程的根
如果同号,那么继续输入直到异号为止
这个时候用求交点坐标公式求出交点坐标x,它的y值同样代入求出
再次比较y与y1值,如果异号那么x与x1之间必有方程根
如果同号那么x与x2之间必有方程根
循环以上直到y的绝对值小于一个非常小的数,也就近似为0的时候,输出x 值既为方程根......
#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <conio.h>
float a,b,c,d; //定义外部变量,使全局可以调用
float f(float x) //x函数
{
float y;
y=a*x*x*x+b*x*x+c*x+d;
return y;
}
float xpoint(float x1,float x2) //求弦与x轴交点坐标
{
float y;
y=(x1*f(x2)-x2*f(x1))/(f(x2)-f(x1));
return y;
}
float root(float x1,float x2) //求根函数
{
float x,y,y1;
y1=f(x1); //y1为x1纵坐标
do
{
x=xpoint(x1,x2); //求x1与x2之间弦与x轴交点赋值于x
y=f(x); //代入方程中求得y
if(y*y1>0) //判断y与y1是否同号
{
x1=x;
y1=y;
}
else
x2=x;
}
while(fabs(y)>=0.00001); //设定精度
return(x);
}
void main() //主函数
{
float x1,x2,f1,f2,x;
printf("请输入一元三次方程标准形式ax^3+bx^2+cx+d=0中"); printf("a b c d的值,用空格隔开\n");
scanf("%f %f %f %f",&a,&b,&c,&d); //获取abcd值并赋值
do
{
printf("输入x1 x2值,用空格隔开:\n");
scanf("%f %f",&x1,&x2);
f1=f(x1);
f2=f(x2);
if(f1*f2>=0)
printf("x1 x2之间无方程根,请重新输入\n");
}
while(f1*f2>=0); //do...while函数为了得到x1与x2的函数值为异号,这样x1 x2中才有根
x=root(x1,x2); //将x1 x2送到求根函数中返回值赋到x中
printf("方程中的一个根为%g\n",x);
getch();
}
我们以a b c d 分别等于1,2,3,4为例子(在vc环境下)。