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Nullstellensuche nach Newton

Bei bekannter Ableitungsfunktion lassen sich die Nullstellen einer Funktion iterativ nach Newton bestimmen:


 
Geometrische Deutung: die ()-te verbesserte Näherung an die Nullstelle ist die Nullstelle der Tangente des i-ten Wertes.

1) Gib Schätzwert der Nullstelle vor.
2) Setze = .
3) Berechne nach Vorschrift und setze .
4) Wiederhole Verfahren, bis der Fehler genügend klein ist.
5) Abbruchbedingung: , n Anzahl der gewünschten exakten Stellen hinter dem Komma.
 
Bei sehr langsamer Konvergenz kann die Abbruchbedingung erfüllt sein, obwohl die Nullstelle noch nicht erreicht ist. Man schaue sich immer den Graph der Funktion an.
 
Hinreichende Bedingung für die Konvergenz des Newton-Verfahrens:

für alle x in einer Umgebung U der Nullstelle, die alle Punkte enthält.

In manchen Fällen konvergiert das Verfahren nicht oder sehr langsam. Dann ist der Startwert zu weit von der Nullstelle entfernt oder es handelt sich um eine mehrfache Nullstelle von f.

Ist die Nullstelle von f einfach, d.h., gilt und , dann ist das Newton-Verfahren lokal quadratisch konvergent (siehe dazu Konvergenzordnung),

Im Falle mehrfach zu zählender Nullstellen ist das Newton-Verfahren nur noch lokal linear konvergent,


 
Das Verfahren kann auch oszillieren oder in Bereiche außerhalb des Definitionsbereiches der untersuchten Funktion springen (z.B. ).
 

a) Newton-Verfahren, Gegenbeispiele: b) Verfahren divergiert, c) Verfahren oszilliert

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