超越方程
(英语:transcendental equation)是包含
超越函数
的
方程
,也就是方程中有无法用自变数的多项式或开方表示的函数,与超越方程相对的是
代数方程
。超越方程的求解无法利用
代数几何
来进行。大部分的超越方程求解没有一般的公式,也很难求得
解析解
。
当一元方程ƒ(z)=0的左端函数ƒ(z)不是z的多项式时,称之为超越方程。如指数方程、
对数
方程、
三角方程
、反三角方程等。
牛顿法
:也称
切线法
,其计算公式为z0为事先选定的根的初始近似。设z为 ƒ(z)的根,若ƒ(z)在z的某邻域内二次可微,且ƒ┡(z)≠0,则当z0与z充分接近时,牛顿法至少是
二阶收敛
的,即当k充分大时有估计式成立,C为确定的常数。一般说来,牛顿法只具有
局部收敛
性,即仅当初始近似与根充分接近时才收敛。但是,当ƒ(x)为实函数,且于[α,b]上ƒ┡(x)和 ƒ″(x)不
变号
时,若ƒ(x)于[α,b]上有根,则只要初始近似x0满足条件ƒ(x0) ƒ″(x0)>0,牛顿法就收敛。一般情形,为减弱对初始近似的限制,可利用牛顿下降算法,其算式为ωk>0为迭代参数,由条件│ƒ(z
k+1
)│z
k
)│确定,牛顿法的k+1次近似z
k+1
是ƒ(z)在z
k
处的泰勒展开式的线性部分的根。
割线法
:又称弦位法,其算式为z0、z1为初始近似。若ƒ(z)于其根z的某邻域二次
连续可微
,且ƒ┡(z)≠0,则z
0
、z
1
与z充分接近时,割线法收敛于z,并当k充分大时有估计式式中C为常数,割线法的k+1次近似z
k+1
是以z
k
、z
k-1
为插值节点的线性插值函数的根,如果利用更精确的近似表达式则可构造出更高阶的迭代法。
二次插值法
:亦称缪勒方法,是利用二次插值多项式构造的迭代算法。设已确定了z
k
、z
k-1
、z
k-2,
则z
k+1
就取为以z
k
、z
k-1
、z
k-2
为节点的二次插值多项式两个根中与zk最接近者,其算式为式中“±”号选成使分母的模为最大者,而
式中当分母为0,则λk=1。
双曲插值法
:利用线性分式插值构造的迭代算法,其算式为式中μ
k
、δ
k
、Δz
k
和ƒ
k
的意义与二次插值法相同。
若ƒ(z)在其根z的某邻域内三次可微,并且z0、z1、z2与z充分接近,则二次插值法和双曲插值法均收敛。此外,如果ƒ┡(z)≠0,对充分大的k,有估计式式中C为确定常数,τ为方程式t3-t2-t-1=0的惟一正根,τ=1.839…。
切比雪夫迭代法
:三阶收敛的方法,其算式为当ƒ(z)在其根z的邻域内三次可微且ƒ┡(z)≠0时,对充分大的k,有C为确定常数。
艾特肯δ2加速方法
:提高迭代法收敛速度的有效算法,设{z
k
}为迭代序列,δ2加速的算式为若ƒ(z)在其根z处充分光滑,且ƒ(z)≠0,则对充分大的k,有并且若z
k
是p(p>1)阶收敛,即C0均为常数。当ƒ┡(z)=0时也有加速作用。此算法可以循环使用。
斯梯芬森方法
:不算微商而二阶收敛的方法,其算式为它可由迭代算法循环使用 δ2程序导出。
所有的迭代法用于求重根(即ƒ┡(z)=0)时, 其收敛速度将变慢,收敛阶将降低。
为求得达到所需精度的解而花费的代价是评价迭代法优劣的依据,效能指数是其重要指标,它定义为p1/宝,p为收敛阶,μ为每步需要计算的函数值和微商值的总数。效能指数越大,说明方法越好。二分法及上述各种迭代法的收敛阶(单根时和重根时)和效能指数如表。
只有当初始近似与解充分接近时,迭代法才收敛,这是所述算法的共同特点。减弱对初始近似的限制是提高迭代法有效性的重要措施,例如,牛顿法中引进下降因子。对一些特殊函数类(如单调函数,只有实根的解析函数等)的
大范围收敛
迭代算法也有一些研究工作。