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拉盖尔方法


一种求算法,它从任何起始位置收敛到一个复数。 为了解释这个公式,考虑一个n阶多项式及其导数,

P_n(x)=(x-x_1)(x-x_2)...(x-x_n)
(1)
P_n^'(x)=(x-x_2)...(x-x_n)+(x-x_1)...(x-x_n)+...
(2)
(3)
=P_n(x)(1/(x-x_1)+...+1/(x-x_n)).
(4)

现在考虑 P_n(x) 的对数和对数导数

ln|P_n(x)|=ln|x-x_1|+ln|x-x_2|+...+ln|x-x_n|
(5)
(dln|P_n(x)|)/(dx)=1/(x-x_1)+1/(x-x_2)+...+1/(x-x_n)
(6)
=(P_n^'(x))/(P_n(x))
(7)
=G(x)
(8)
-(d^2ln|P_n(x)|)/(dx^2)=1/((x-x_1)^2)+1/((x-x_2)^2)+...+1/((x-x_n)^2)
(9)
=[(P_n^'(x))/(P_n(x))]^2-(P_n^('')(x))/(P_n(x))=H(x).
(10)

现在做出“一组相当极端的假设”,即正在寻找的根 x_1 与当前最佳猜测相距 a,因此

 a=x-x_1,
(11)

而所有其他根都位于相同的距离 b,因此

 b=x-x_i
(12)

对于 i=2, 3, ..., n (Acton 1990; Press et al. 1992, p. 365)。 这使得 GH 可以用 ab 表示为

G=1/a+(n-1)/b
(13)
H=1/(a^2)+(n-1)/(b^2),
(14)

同时求解这些方程得到 a

 a=n/(max[G+/-sqrt((n-1)(nH-G^2))]),
(15)

其中符号的选择是为了使分母的幅度最大。

要应用此方法,请为试探值 a 计算 x,然后使用 x-a 作为下一个试探值,并迭代直到 a 变得足够小。 例如,对于多项式 4x^3+3x^2+2x+1,起始点为 x_0=-1.0,算法非常快速地收敛到实根,如(-1.0-0.58113883008419-0.60582958618827)。

设置 n=2 得到 哈雷的无理公式


另请参阅

哈雷的无理公式, 哈雷方法, 牛顿法,

使用 Wolfram|Alpha 探索

参考文献

Acton, F. S. Numerical Methods That Work, 2nd printing. Washington, DC: Math. Assoc. Amer., 1990.Adams, D. A. "A Stopping Criterion for Polynomial Root Finding." Comm. ACM 10, 655-658, 1967.Press, W. H.; Flannery, B. P.; Teukolsky, S. A.; and Vetterling, W. T. Numerical Recipes in FORTRAN: The Art of Scientific Computing, 2nd ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 365-366, 1992.Ralston, A. and Rabinowitz, P. §8.9-8.13 in A First Course in Numerical Analysis, 2nd ed. New York: McGraw-Hill, 1978.

在 Wolfram|Alpha 中被引用

拉盖尔方法

请引用本文为

Weisstein, Eric W. “拉盖尔方法。” 来自 MathWorld--一个 Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/LaguerresMethod.html

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