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Fixpunktiteration

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Tags: Fixpunktiteration

 
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mathema1222

mathema1222 aktiv_icon

11:28 Uhr, 14.08.2019

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Die Fixpunktiteration lautet xn+1=φ(x)

Wenn man davon die Näherung berechnen soll, kann man das machen, indem man Newton-Verfahren anwendet.

Als Beispiel: φ(x)=0.5cos(x)+0.1e-x mit Startwert x0=0.4

… Wenn man da Newton- Verfahren anwendet, komme ich auf diese Ergebnisse:


x1=2.415588=φ(x0)

x2=1.344858=φ(x1)

x3=1.613813=φ(x2)


Sind die Ergebnisse korrekt und das man bei der Fixpunktiteration das Newton-Verfahren anwendet?


Für alle, die mir helfen möchten (automatisch von OnlineMathe generiert):
"Ich möchte die Lösung in Zusammenarbeit mit anderen erstellen."
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anonymous

anonymous

13:00 Uhr, 14.08.2019

Antworten
Hallo
Das Newton-Verfahren sucht eine Nullstelle einer Funktion.
Also:
0=φ(x)

Dein Problem hingegen ist anders. Deine Aufgabe lautet:
xn+1=φ(x)

a)
Entweder du nutzt wirklich die Fixpunktiteration. Dann musst du die aber auch konsequent anwenden.
Also:
x0=0.4
Wie groß ist φ(x0)?
Wie groß ist folglich x0+1=x1?
Wie groß ist folglich φ(x1)?
Wie groß ist folglich x1+1=x2?
Wie groß ist folglich φ(x2)?
...

b)
Oder - wenn ihr nicht ausdrücklich die Fixpunktiteration nutzen wollt, sondern du das Newton-Verfahren nutzen willst, dann musst du deine Gleichung auch entsprechend umformen, dass es eine Nullstellen-Suche wird.
xn+1=φ(xn)=0.5cos(xn)+0,1exn

Wenn von Konvergenz ausgegangen werden darf, dann darfst du näherungsweise annehmen:
xn+1=xn
also:
xn=0.5cos(xn)+0,1exn
ganze Gleichung minus xn:
0=0.5cos(xn)+0,1exn-xn=f(xn)

Und die kannst du nun per Newton bearbeiten...

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Roman-22

Roman-22

13:04 Uhr, 14.08.2019

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Woher die Werte kommen, die du da angibst, ist unklar. Vermutlich wendest du Newton direkt auf φ(x) an.
Ist dir klar, dass du nicht eine Nullstelle von φ(x), sondern von f(x):=φ(x)-x suchst?
Du solltest da mit Newton auf die Abfolge
0,4
0,5011003715
0,4995730074
0,4995726682
kommen. Danach ändern sich die ersten 10 Nachkommastellen nicht mehr.
mathema1222

mathema1222 aktiv_icon

13:28 Uhr, 14.08.2019

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Wie wendet man die Fixpunktiteration an, um auf diese Werte zu kommen?
Antwort
anonymous

anonymous

13:29 Uhr, 14.08.2019

Antworten
x0=0.4
Wie groß ist φ(x0)?
Wie groß ist ...


"...um auf diese Werte zu kommen?"
Auf welche Werte willst du denn kommen?
mathema1222

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13:32 Uhr, 14.08.2019

Antworten
die Näherungsergebnisse mit der Fixpunktiteration liegen im Bereich x=0.5.... bzw. 0.4...
Antwort
anonymous

anonymous

13:33 Uhr, 14.08.2019

Antworten
ja richtig, siehe roman 13:04h

mathema1222

mathema1222 aktiv_icon

13:35 Uhr, 14.08.2019

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und das was sie bei a) beschrieben haben das ist die Fixpunktiteration?

und bei b) ist das nochmal ein anderer Weg die Nährungslösung zu ermitteln?
Antwort
anonymous

anonymous

13:38 Uhr, 14.08.2019

Antworten
unter
a)
hatte ich erklärt:
"Entweder du nutzt wirklich die Fixpunktiteration. Dann musst du die aber auch konsequent anwenden."

unter
b)
hatte ich erklärt:
"Oder - wenn ihr nicht ausdrücklich die Fixpunktiteration nutzen wollt, sondern du das Newton-Verfahren nutzen willst, dann..."

mathema1222

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15:21 Uhr, 14.08.2019

Antworten
muss man dann einfach den Punkt x0=0.4 in die φ(x0) einsetzen und dann erhält man x1?
Antwort
Roman-22

Roman-22

16:00 Uhr, 14.08.2019

Antworten
> muss man dann einfach den Punkt x0=0.4 in die φ(x0) einsetzen und dann erhält man x1?
Ja. Und dann x2=φ(x1), usw. bis sich nichts oder nicht mehr viel ändert.

Alternativ kannst du eben auch die Newton-Iteration für die Funktion f(x)=φ(x)-x durchführen. Meist konvergiert diese schneller.
Wie schnell Newton die ersten 10 Nachkommastellen findet hab ich dir oben gezeigt. Im Bild unten siehst du, wie lange das mit der Fixpunktiteration dauert:
B
mathema1222

mathema1222 aktiv_icon

16:07 Uhr, 14.08.2019

Antworten
ok, stimmen Ihre Ergebnisse, weil ich komme auf x1=0.52756x2=0.49102 und x3=0.50213
Antwort
Roman-22

Roman-22

16:10 Uhr, 14.08.2019

Antworten
> ok, stimmen Ihre Ergebnisse, weil ich komme auf x1=0.52756x2=0.49102 und x3=0.50213
Ja, meine Ergebnisse stimmen.
Ich hatte dir aber vorhin um 13:04 Uhr die Ergebnisse bei Anwendung der Newton-Iteration genannt.
Die Ergebnisse der langsameren Fixpunktiteration habe ich gerade vorhin ergänzt und sie stimmen mit deinen Ergebnissen überein.
Die Fixpunkt-Iteration ist einfacher, aber Newton ist schneller.
mathema1222

mathema1222 aktiv_icon

16:12 Uhr, 14.08.2019

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aber meine Ergebnisse sind auch korrekt?
Antwort
Roman-22

Roman-22

16:16 Uhr, 14.08.2019

Antworten
> aber meine Ergebnisse sind auch korrekt?
Das hab ich dir doch gerade vorhin bestätigt. Es sind die ersten paar Werte für die Fixpunkt-Iteration und die liegen noch relativ weit vom Fixpunkt entfernt.

In deinem ersten Posting hast du ja den Eindruck erweckt, dass du die Aufgabe mithilfe von Newton lösen möchtest. Das wäre auch vernünftig, da Newton deutlich rascher konvergiert.
Dein Fehler war, dass du für das Newtonverfahren die Funktion f(x):=φ(x) verwendet hast und damit würdest du eine Nullstelle von φ(x) finden, aber keinen Fixpunkt.
Du musst für das flottere Newton-Verfahren die Funktion f(x):=φ(x)-x verwenden.

mathema1222

mathema1222 aktiv_icon

16:23 Uhr, 14.08.2019

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also kurz die werte x1=0.52756,x2=0.49102 und x3=0.50213 stimmen?
mathema1222

mathema1222 aktiv_icon

17:31 Uhr, 14.08.2019

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wenn ich diese Funktion auf Selbstabbildung untersuche:

φ(x)=0.5cos(x)+0.1e-x im Intervall [0,π2]=[a,b]


dann gibt es diese Formel aminφ(x)maxφ(x)b


0minφ(x)maxφ(x)π2


Was setzt man für minφ(x),maxφ(x) ein: Setzt man nur a bzw. nur b in die Formel ein oder setzt man a und b in Formel so ein, das der maximale und minimale Wert herauskommt?


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