maths.free › Numerical Methods › Root finding: bisection and Newton's method

Root finding: bisection and Newton's method

Finding where f(x) = 0 to any accuracy, and how fast each method gets there.

Bisection halves an interval that brackets a root: slow but unfailing. Newton follows the tangent line to the axis, quadratic convergence when it works. Picture it: each tangent line landing closer to the root; the points x₀, x₁, x₂ are marked on the graph. Think it: Newton is a fixed-point iteration of x − f/f′, and its speed comes from that map having zero derivative at the root.

Ví dụ đã làm · newton's method on x^2 - 2 from 1

Newton's method on x^2 - 2

x^{2} - 2

Bước một bước

  1. f(x) = x^{2} - 2,\quad x_0 = 1

    Newton's method: x_{n+1} = x_n − f(x_n)/f′(x_n). Follow the tangent line down to the axis, repeat.

  2. f'(x) = 2 x

    Differentiate once; the same derivative serves every iteration.

  3. x_{1} = 1.0 - \frac{-1.0}{2.0} = 1.5

    Iteration 1.

  4. x_{2} = 1.5 - \frac{0.25}{3.0} = 1.41666667

    Iteration 2.

  5. x_{3} = 1.41666667 - \frac{0.00694444}{2.83333349} = 1.41421569

    Iteration 3.

  6. x_{4} = 1.41421569 - \frac{6.01 \cdot 10^{-6}}{2.82843161} = 1.41421356

    Iteration 4.

  7. x_{5} = 1.41421356 - \frac{0.0}{2.82842731} = 1.41421356

    Iteration 5.

  8. x_{6} = 1.41421356 - \frac{0.0}{2.82842731} = 1.41421356

    Iteration 6.

  9. \text{converged}

    The iterates have stopped changing to 12 decimal places.

  10. x \approx 1.41421356

    Quadratic convergence: the number of correct digits roughly doubles each step.

Giải đáp
x \approx 1.41421356

Now you Chọn một bài toán, hoặc gõ hoặc vẽ của riêng mình. Mỗi bước, một bức tranh, câu trả lời ẩn cho đến khi bạn hỏi.

Để cho anh làm việc

Một tài khoản miễn phí thêm ghi chú vào mỗi bài học, ghi chép những gì bạn đã hoàn thành, các bài toán bạn giải quyết ở một nơi, và một giáo viên bạn có thể hỏi về trang này. Toán học là mở cho mọi người, dù có đăng nhập hay không.

Đăng ký Đăng nhập

Ký hiệu được dùng ở đây

Nhấn vào bất kỳ ký hiệu nào để xem định nghĩa đầy đủ, một bức ảnh, và ý nghĩa của từng chữ cái trong nó.

Làm thế nào: Root finding: bisection and Newton's method

  1. Bracket the root: find a and b with f(a) and f(b) of opposite sign.
  2. For bisection, halve the interval keeping the sign change; each step gains one bit.
  3. For Newton, start inside the bracket and iterate x − f(x)/f′(x).
  4. Stop when successive iterates agree to the precision you need, and confirm f is tiny there.

Câu hỏi người ta hỏi

Why not just solve exactly?

Most equations have no closed-form solution at all, and many that do are unusable in practice. A numerical method delivers as many correct digits as you need, and a good one tells you how many that is.

Why can Newton's method fail?

If it starts where the tangent is nearly flat it shoots far away; near a repeated root it slows to a crawl; and with several roots it may land on the wrong one. A bracketing method like bisection is slower but cannot fail.

More in Numerical Methods