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常用计算器

本文通过总结笔者日常使用计算器的经验以及技巧,基于科学计算器进行求解算法实现以期对读者“机下”求解数学方程有所助益。
本文理论意义上非常简单,其实简单到用一个按键以蔽之,即=(ANS)按键。用过MATLAB的都知道,ANS在MATLAB中是一个变量,上次计算结果的默认变量,细心的人也肯定发现了,我们常用的手边的科学计算器中也有ANS这个按键,既表示等于,也表示上一步的结果,接触过编程的人可能已经明白了,用ANS这个变量进行初级的简单迭代计算;现在还不明白的也没关系,下面就让我把这层窗户纸捅破。
工程中常用Newton-Raphson Method来进行复杂方程的数值求解(之前不了解的人可以点击链接进行学习),我们知道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。首先让我用最简单明了的公式进行描述一下这个算法。
任意函数

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函数在直角坐标系中的表述
显然曲线与 x 轴的交点表示为

可以自定义公式的计算器_震惊!计算器竟然可以用来干这个··· 坐标便是方程的解。于是找到这个交点便是我们求解方程的最终目的。那么如何找到这个点呢,且听下文分解。我们知道曲线上任何一点的坐标为 可以自定义公式的计算器_震惊!计算器竟然可以用来干这个··· ,假设我们得到了曲线上一点的坐标 可以自定义公式的计算器_震惊!计算器竟然可以用来干这个··· 轴的交点,先看下图。 可以自定义公式的计算器_震惊!计算器竟然可以用来干这个··· 值,带入到函数得到函数值 可以自定义公式的计算器_震惊!计算器竟然可以用来干这个··· 的表达式,带入 可以自定义公式的计算器_震惊!计算器竟然可以用来干这个··· 处的切线斜率值, 可以自定义公式的计算器_震惊!计算器竟然可以用来干这个··· 的坐标,知道了过这个点的直线的斜率值 可以自定义公式的计算器_震惊!计算器竟然可以用来干这个··· 轴的交点 可以自定义公式的计算器_震惊!计算器竟然可以用来干这个··· 求出 可以自定义公式的计算器_震惊!计算器竟然可以用来干这个··· ,好了,至此我们最想要的的东西得到了,这就是我们所要的迭代式。
下一步也是最重要的一个技巧,基于科学计算器的迭代实现,请看下文:
我们知道计算器中的ANS是可以进行运算的,譬如我们计算1+1得到2,然后再按ANS*5结果就是10。同时基于以上的公式推导,我们便可以构造简单的迭代公式。 deb40cc3fb36a0eb8085702ed9668c8c.png

上图的求解思路为我们在得到初值之后,我们始终以初值处的斜率划线逼近求解,在有解的情况下总能得到相应的结果,理论上比第一种方法要稳妥一些,但是这样做的一个后果是牺牲了求根的收敛速度。当然,如果你不介意手酸的话,用此迭代算法也未尝不可。

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来源:weixin_39986435

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