UTILS.
۱۰۰٪ در مرورگر
🎯

ریشه‌یاب روش نیوتن

یافتن ریشه f(x)=0 با تکرار نیوتن–رافسون از یک حدس اولیه، با نمایش هر تکرار، باقی‌مانده f(xₖ) و مسیر همگرایی.

f(x) را با استفاده از x به‌عنوان متغیر و یک حدس اولیه وارد کنید. مشتق به‌صورت عددی محاسبه می‌شود.

درباره این ابزار

ریشه‌یاب روش نیوتن یک ماشین‌حساب رایگان و درون‌مرورگری است که f(x) = 0 را به‌صورت عددی با استفاده از تکرار نیوتن–رافسون x_{k+1} = x_k − f(x_k)/f′(x_k) حل می‌کند. با شروع از یک مقدار اولیه x₀، هر گام خط مماس در نقطه فعلی را تا جایی که محور x را قطع می‌کند دنبال می‌کند و آن نقطه تقاطع به تخمین بعدی تبدیل می‌شود. مشتق f′ به‌صورت عددی با یک تفاضل متقارن ارزیابی می‌شود، بنابراین هر عبارتی که تایپ کنید — چندجمله‌ای‌ها، رادیکال‌ها، مثلثاتی، نمایی، لگاریتم — بدون اینکه مشتق را ارائه دهید کار می‌کند.

همه چیز به‌صورت محلی در مرورگر شما با یک تجزیه‌کننده عبارت کوچک اجرا می‌شود، بنابراین هیچ‌چیزی که وارد می‌کنید بارگذاری نمی‌شود. f(x) را با استفاده از x به‌عنوان متغیر تایپ کنید (برای مثال x^2 - 2، cos(x) - x یا exp(x) - 3*x)، یک حدس اولیه تنظیم کنید و به‌صورت اختیاری تلورانس و حداکثر تعداد تکرارها را تنظیم کنید. ابزار تکرار می‌کند تا اندازه گام |x_{k+1} − x_k| یا باقی‌مانده |f(x_k)| به زیر تلورانس برسد، یا تا سقف تکرار برسد، و اگر مشتق تخت شود (نزدیک صفر) به‌طور ایمن متوقف می‌شود تا هرگز عدد نادرستی برنگرداند.

پنل نتیجه ریشه همگراشده، باقی‌مانده f(root) در آن ریشه و تعداد تکرارهای لازم را در کنار یک جدول تکرار کامل که k, x_k, f(x_k) و خطا را در هر گام فهرست می‌کند گزارش می‌دهد. روش نیوتن در نزدیکی یک ریشه ساده به‌صورت درجه دوم همگرا می‌شود — تعداد ارقام صحیح تقریباً در هر گام دو برابر می‌شود — به همین دلیل است که x² − 2 از x₀ = 1.5 در چند تکرار انگشت‌شمار به √2 ≈ 1.414214 می‌رسد.

پرسش‌های پرتکرار

فرمول روش نیوتن چیست؟
این تکرار x_{k+1} = x_k − f(x_k)/f′(x_k) است. از نظر هندسی هر گام خط مماس در x_k را تا جایی که محور x را ملاقات می‌کند دنبال می‌کند. با تکرار از یک حدس اولیه خوب، به‌سرعت به یک ریشه f(x) = 0 همگرا می‌شود.
مشتق چگونه محاسبه می‌شود؟
به‌صورت عددی، با یک تفاضل متقارن (مرکزی) f′(x) ≈ (f(x+h) − f(x−h)) / (2h) با استفاده از یک h کوچک مقیاس‌شده به x. این یعنی شما فقط f(x) را وارد می‌کنید — نیازی به تایپ مشتق نیست — و هر تابع پشتیبانی‌شده کار می‌کند.
چرا در همگرایی شکست خورد؟
روش نیوتن می‌تواند شکست بخورد اگر حدس اولیه ضعیف باشد، اگر تکرار جایی برسد که f′(x) ≈ 0 (مماس تخت)، یا اگر تابع ریشه حقیقی در نزدیکی نداشته باشد. یک مقدار اولیه متفاوت نزدیک‌تر به جایی که ریشه را انتظار دارید امتحان کنید، یا حداکثر تکرارها را افزایش دهید.
تلورانس و حداکثر تکرارها چه چیزی را کنترل می‌کنند؟
تلورانس آستانه توقف است: تکرار زمانی پایان می‌یابد که اندازه گام یا |f(x_k)| به زیر آن برسد (پیش‌فرض 1e-10). حداکثر تکرارها حلقه را محدود می‌کند تا همیشه پایان یابد؛ پیش‌فرض 50 است و به 200 محدود می‌شود.

ابزارهای بیشتر