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Hallo liebe Community,


\( F(x)=\left[\begin{array}{c}f_{1}\left(x_{1}, x_{2}\right) \\ f_{2}\left(x_{1}, x_{2}\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}0 \\ 0\end{array}\right], x=\left[\begin{array}{c}x_{1} \\ x_{2}\end{array}\right] \)
\( \operatorname{mit} f_{1}\left(x_{1}, x_{2}\right)=4 x_{1}^{2}+9 x_{2}^{2}-36 \) und \( f_{2}\left(x_{1}, x_{2}\right)=\left(x_{1}-1\right)^{2}+\left(x_{2}+2\right)^{2}-9 \)

Meine Aufgabe besteht nun darin, durch eine grafische Darstellung einen Näherungswert x0 zu bestimmen. Mit x0 sollen dann 3 Schritte des zweidimensionalen Newtonverfahrens durchgeführt werden. 

Zum iterativen Newtonverfahren habe ich folgendes gefunden:

1. Man wählt einen Anfangswert \( \boldsymbol{x}_{0} \in \dot{D} \)
2. Man berechnet \( \boldsymbol{x}_{1}, \boldsymbol{x}_{2}, \boldsymbol{x}_{3}, \ldots, \boldsymbol{x}_{k}, \ldots, \) indem man nacheinander für \( k=0,1,2, \ldots \)
das Gleichungssystem
\( \boldsymbol{f}^{\prime}\left(\boldsymbol{x}_{k}\right) \boldsymbol{z}_{k+1}=-\boldsymbol{f}\left(\boldsymbol{x}_{k}\right) \)
nach \( \boldsymbol{z}_{k+1} \) auflöst und \( \boldsymbol{x}_{k+1}:=\boldsymbol{x}_{k}+\boldsymbol{z}_{k+1} \) bildet. Dabei wird \( \boldsymbol{f}^{\prime}\left(\boldsymbol{x}_{k}\right) \) als regulär und
\( \boldsymbol{x}_{k} \in \dot{D} \) für \( k=0,1,2, \ldots \) vorausgesetzt.
3. Das Verfahren wird abgebrochen, wenn \( \left\|\boldsymbol{x}_{k+1}-\boldsymbol{x}_{k}\right\| \) unterhalb einer vorgegebenen
Genauigkeitsschranke liegt oder eine vorgegebene maximale Iterationszahl erreicht
ist.

Wie dieses Verfahren auf meine Aufgabe anwende, ist mir nicht klar. Wenn mir hierbei jemand helfen könnte, wäre ich sehr dankbar! 

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In Deinem Falle muß man das "zweidimensionale" Newtonverfahren anwenden. Die Formeln dafür findest Du in der Literatur. Man kann sie herleiten über Taylorsche Reihen bzw. totale Differenziale. Bei der Rechnung mußt Du die Funktionalmatrix invertieren. Das ist ziemlich mühselig und kann hier nicht in ein paar Sätzen erklärt werden.

 

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In der obigen Formulierung des Algorithmus steht alles.

Startwert kann man graphisch bestimmen, es geht ja nur um einen Näherungswert, Hier geht es um Schnittpunkt(e) von Ellipse und Kreis.

Mit x0 geht man in den oben beschriebenen Algorithmus. Das \(f\) im Alg. ist das \(F\) in der Aufgabe. \(f'(x_0)\) (im ersten Schritt \(k=0\)) ist die Jacobi-Matrix von \(F\) an der Stelle \(x_0\), also hier eine konkrete \(2\times 2\)-Matrix (mit Zahlen).Die rechte Seite ist auch bekannt, \(-F(x_0)\), Vektor aus R^2. Die Lösung des LGS ist \(z_1\) und damit berechnet man die (hoffentlich bessere) Näherung \(x_1\) usw.

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