Algorithme du point fixe
dans Analyse
Bonjour
Je suis un cours d'analyse numérique, je vais donc poster ici mes doutes sur ce cours. Merci beaucoup d'avance. Une première question, un texte sur les méthodes numériques que vous pouvez suggérer ?
Question.
Trouver par la méthode du point fixe une solution à l'équation
$$2.98x-1.95+e^{1.02x}-0.9x^{2}=0,$$ avec une tolérance de $10^{-4}$.
$f(x)=x-\mu(x)g(x)$, cependant ici j'ai une fonction de la forme $f(x)=P(x)+\exp\big(t(x)\big)$. Comment puis-je construire la fonction $g$ ?
Merci.
Je suis un cours d'analyse numérique, je vais donc poster ici mes doutes sur ce cours. Merci beaucoup d'avance. Une première question, un texte sur les méthodes numériques que vous pouvez suggérer ?
Question.
Trouver par la méthode du point fixe une solution à l'équation
$$2.98x-1.95+e^{1.02x}-0.9x^{2}=0,$$ avec une tolérance de $10^{-4}$.
- Soit $
\begin{array}[t]{cccl}
f:&[a;b] &\longrightarrow& \mathbf{R},\\
&x &\longmapsto & f(x)=2.98x-1.95+e^{1.02x}-0.9x^{2}.
\end{array} $ - Nous voulons trouver $x^{*}\in [a;b]$ tel que $f(x^{*})=0$.
- Nous cherchons $[a;b]$. Depuis $f(0)<0$ et $f(1)>0$ et $f\in \mathcal{C}[0;1]$, alors par le théorème de Bolzano, il existe $x^{*}\in ]0;1[$ tel que $f(x^{*})=0$.
- Construction d'une fonction $g\in \mathcal{C}[0;1]$ tel que $|g'(x)|\leqslant L$ avec $0<L<1$ pour tous $x\in [0;1]$; de telle sorte que $f(x^{*})=0 \iff g(x^{*})=x^{*}.$
$f(x)=x-\mu(x)g(x)$, cependant ici j'ai une fonction de la forme $f(x)=P(x)+\exp\big(t(x)\big)$. Comment puis-je construire la fonction $g$ ?
Merci.
Réponses
-
Bonjour.
Bizarrement, je trouve que réécrire f(x)=0 sous la forme x=g(x) est très facile, vu qu'il y a un terme de degré 1 en x dans l'écriture de f(x). Cela suffit-il ? Pas nécessairement. Mais après avoir vérifié que l'équation a bien au moins une solution et encadré cette solution (c'est ton 2), je commencerais par là.
D'ailleurs, pourquoi n'as-tu pas fait le calcul explicite de a et b ?
NB : je n'ai jamais fait de cours ou d'exercice d'analyse numérique (mais beaucoup de calcul numérique à la main dans mon jeune temps avant les calculettes).
Cordialement. -
On définit g par g(x)=f(x)+x.
Ainsi, on est assuré que les équations f(x)=0 et g(x)=x admettent les mêmes solutions.
Reste à vérifier que g vérifie les critères de continuité / dérivabilité ... ...Tu me dis, j'oublie. Tu m'enseignes, je me souviens. Tu m'impliques, j'apprends. Benjamin Franklin -
Bonjour.
Je trouve que la condition sur $L$ est trop restrictive, la dérivée de la fonction qu'on construit naturellement étant comprise entre 2 et 3 sur l'intervalle considéré.
À bientôt.Cherche livres et objets du domaine mathématique :
Intégraphes, règles log et calculateurs électromécaniques.
-
Bonjour, je suis un peu lent au travail. En lisant l'idée de @gerard0 j'ai travaillé sur cette première partie comme il l'a suggéré.
$$
e^{1.02x}-0.9x^{2}+2.98x-1.95=0
\\
\underbrace{\Big(-\frac{1}{2.98}\Big)e^{1.02x}+\Big(\frac{0.9}{2.98}\Big)x^{2}+\Big(\frac{1.95}{2.98}\Big)}_{=g(x)}=x.
$$ D'après la fonction $g$, nous savons que- $g\in \mathcal{C}[0;1]$
- $g'(x)=\left(-\frac{1.02}{2.98}\right)e^{1.02x}+2\left(\frac{0.9}{2.98}\right)x$
- Nous voulons vérifier : $\exists L\in\, ]0;1[, \quad |g'(x)|\leqslant L$. Un graphique de la fonction $g'$ montre que $\forall x\in [0;1],\ |g'(x)|<1$.
- Nous définissons $\displaystyle L=\max_{x\in [0;1]}|g'(x)|$.
- Alors, les hypothèses de convergence du théorème du point fixe sont satisfaites et donc
$$\forall n\geqslant 1, \quad x_{n}=g(x_{n-1}), \quad x_{0}\in [0;1].
$$ - L'itération fonctionnelle montre que
$$x_{0}=0, \quad x_{1}=g(x_{0})=g(0)=\Big(-\frac{1.02}{2,98}\Big),\quad x_{2}=g(x_{1}),\ \ldots, \quad x_{N}=g(x_{N-1}),\ \ldots
$$ - Nous pouvons connaître le nombre minimum d'itérations requises par le contrôle
$$
N \geqslant \frac{1}{\ln(1/L)}\ln\left( \frac{|x_{1}-x_{0}|}{\varepsilon_{1}(1-L)} \right), \quad \varepsilon_{1}=10^{-4}
$$
Merci. -
-
Il n'y a aucune raison pour que le maximum de $g'$ soit atteint en $1$, c'est à toi de déterminer si c'est le cas ou non. Tu n'as jamais fait d'étude de fonctions au lycée ?
-
@Poirot: Oui, vous avez raison. Je dois travailler davantage à vérifier si mon raisonnement est juste ou faux. En utilisant Python, je pense avoir pu résoudre le problème et vérifier que mes itérations étaient correctes. Merci :-(
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