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Inhalt....: Prozeduren und Experimente zum Newtonverfahren

Kategorie.: Unterrichtsmaterial

Mathematik: Analysis, Programmierung

MuPAD.....: 3.1.0

Datum.....: 2006-10-24

Autoren...: August Barkhausen <abarkhausen@gmx.de>

Funktionen: solve, float, matrix, DIGITS, Domain, Dom::Real, print, for, plot

Funktionen: proc, local, if, abs, plot::Funktion2d, plot::line2d 

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Prozeduren und Experimente zum

Newtonverfahren. 

 

Im folgenden geht es um das Newtonsche Näherungsverfahren zur Bestimmung von Nullstellen.

Es existieren bereits mehrere Notebooks in der Materialsammlung, die sich mit dem Newton-

verfahren beschäftigen.

 

In der Einführung in das Newtonverfahren von Alessandro Dell'Aere in dieser Materialsammlung

findet sich nach einer ausführlichen Erklärung des Algorithmus eine Prozedur zur iterativen

Berechnung der Nullstellen - dies jedoch ohne eine kompakte tabellarische Darstellung. In dem

Notebook von Vera Verspohl geht es um eine Veranschaulichung des Newtonverfahrens anhand

graphischer Darstellungen. Insbesondere findet sich dort eine Animation zur Veranschaulichung

des Newtonverfahrens.

 

In diesem Notebook geht es abweichend von den oben angesprochenen vorhandenen Note-

books nicht um eine Einführung des Verfahrens. Vielmehr sollen auf der Grundlage des bereits

bekannten Algorithmus folgende Aspekte berücksichtigt werden:

 

1) Die Ergebnisse der Einzeliterationen werden kompakt in einer

__Tabelle/ Matrix wiedergegeben. Die Ergebnisse der Iterationen

__sind graphisch darstellbar.

 

2) Die Durchführung der Rechnungen geschieht in einer Prozedur.

 

3) In einer weiteren Prozedur wird optional eine Veranschaulichung

__durch graphische Darstellungen der Iterationen realisiert.

 

4) Die Prozeduren werden benutzt, um anhand von Beispielen die

__Einsatzmöglichkeiten des Näherungsverfahrens exemplarisch zu

__demonstrieren und Grenzen der Einsatzmöglichkeiten aufzuzeigen. 

 

5) In den Anregungen am Ende des Notebooks werden weitere An-

__regungen für die Arbeit mit dem Newtonverfahren  geliefert.

 

6) Die Benutzung von Prozeduren stellt jetzt durch die Möglichkeit,

__komplexe Funktionen durch kompakte Befehle aufzurufen, eine

__Plattform für eigene Experimente mit dem Newtonschen Algo-

__rithmus bereit, ohne die konkrete Realisierung der Prozeduren

__in MuPAD im Detail nachvollziehen zu müssen. 

 

Die Ergebnisse der Prozeduren wurden mit dem Programm Turboplot, das einen

Unterpunkt zum Newtonverfahren besitzt, getestet. Siehe auch unter www.turboplot.de

 

Für die tabellarische Darstellung der Ergebnisse bietet sich die Nutzung von Matrizen als

Speichermedium an, da hier sowohl eine tabellarische Ausgabe als auch eine Wiederver-

wendung der Daten möglich ist.

 

Grundkenntnisse über Matrizen sind insofern vorteilhaft, jedoch nicht notwendig, da keinerlei

Rechnungen mit den Matrizen verbunden sind. Ist der Begriff der Matrix nicht geläufig, kann

man Matrizen als die Realisation von Tabellen in MuPAD ansehen. Aus diesem Grund beginnt

das Notebook zunächst mit einer Kurzeinführung in den Umgang mit Matrizen, soweit wie dies

für die Zwecke des Notebooks sinnvoll ist wird . Wenn man sich nur für die Ergebnisse des

Algorithmus interessiert, kann diese Kurzeinführung übersprungen werden.

 

In diesem Notebook sind Links und Verweise auf andere Seiten im Internet angegeben.

Hiermit distanziere ich mich ausdrücklich von den Inhalten der angegebenen Seiten

und sämtlicher mit diesen Seiten verlinkten Quellen im Internet.

 

 

Benötigte Grundlagen zu Matrizen

 

Eine Matrix ist ein rechteckiges Schema aus Zeilen und Spalten. In MuPAD wird eine

Matrix aus zwei Spalten und drei Zeilen wie folgt definiert: 

 

A:=matrix(2,3)

math

Die Elemente der Matrix sind zunächst mit Nullen vorinitalisiert und können wie folgt

überschrieben werden:

 

A:=matrix([[1,2,3],[4,5,6]])

math

Natürlich kann die Matrix A auch direkt wie vorstehend definiert werden. Für die Zwecke

dieses Notebook ist es erforderlich, Elemente einzeln ein- und auszulesen. Im folgenden

wird das zweite Element  der ersten Zeile und zweiten Spalte ausgelesen:

 

A[1,2]

math

Analog lassen sich das Elemente überschreiben. Der Doppelpunkt verhindert die Ausgabe.

 

A[1,2]:=neu:

A[2,3]:=alt:

 

Nun wird die überschriebene Matrix ausgegeben. Offensichtlich ist auch Text darstellbar.

 

A

math

Teilmatrizen können wie folgt ausgelesen werden. Im konkreten Fall werden die ersten zwei

Zeilen und die zweite und dritte Spalte ausgelesen.

 

A[1..2,2..3]

math

Der benutzte Algorithmus

Dem Newtonschen Verfahren und damit der Prozedur Newton liegt folgende Formel

zugrunde:

 

image

 

Definition von Konstanten für die Programmsteuerung

 

Nach diesen einleitenden Bemerkungen werden im folgenden einige Konstanten für den

weiteren Gebrauch initialisiert.

- Wenn der Betrag von (Xn-1 - Xn) kleiner als die Genauigkeit ist, wird die weitere Rechnung

  abgebrochen. Dieser Wert kann als Parameter an die Prozedur übergeben werden.

- Der Befehl DIGITS gibt die Anzahl der relevanten von 0 verschiedenen Nachkommastellen

   an.

- Die Variable Startwert ist der Startwert des Newtonverfahrens in der Prozedur Newton

  und kann als Parameter an die Prozedur übergeben werden. 

- Die Variablen Oben, Unten, Links und Rechts geben die Größe des Koordinatensystems an,

  das in der Prozedur GraphNewton erzeugt wird.

 

Genauigkeit := 1/1000:

DIGITS      :=   4:

Startwert   :=   8:

Links       := -10:

Rechts      :=  10:

Oben        :=  20:

Unten       := -20:

 

Definition der Prozeduren

 

Die Prozedur Newton wird definiert. In dieser Prozedur werden bzw. wird:

- die Berechnungen iterativ durchgeführt

- die Daten in die Ausgabematrix geschrieben

- die Ausgabematrix ausgelesen.

- Die Ausgabematrix nimmt die berechneten Daten auf. Da die Anzahl der Iterationen

  anfangs nicht bekannt ist, ist eine dynamische Anpassung der Zeilenzahl der Ausgabematrix

  nicht möglich. Die Ausgabematrix wird mit n_max Zeilen erzeugt und mit Nullen

  vorinitialisiert. Während der Iterationen werden die benötigten Zeilen überschrieben.

  Die Berechnungen werden abgebrochen, wenn entweder die Differenz der des Betrages

  von (Xn+1 - Xn)  kleiner als die Genauigkeit ist oder andererseits die Anzahl der

  Iterationen n_max -1 übersteigt.

 

Newton := proc( f, Startwert, Genauigkeit)  

save F, Xn, n;

local  k, n_max, Ausgabematrix, Anz_Zeilen, x1;

begin

  delete F, Xn, n;

  x1:=Startwert:

  n_max := 15:                      // maximale Zeilenzahl

  k := 2:                           // Laufvariable initialisiert

  if f(x1) = 0 then

     print(Unquoted,"Die Nullstelle ist gefunden und lautet:");

     print(Unquoted, "x1 = ".expr2text(float(x1)));

     return():

  else

    Ausgabematrix:=matrix(n_max,6); //Die Kopfzeile der Matrix wird

    Ausgabematrix[1,1]:=n:          //definiert.

    Ausgabematrix[1,2]:=Xn:

    Ausgabematrix[1,3]:=F(Xn):

    Ausgabematrix[1,4]:=F'(Xn):

    Ausgabematrix[1,5]:=F(Xn)/F'(Xn):

    Ausgabematrix[1,6]:=Xn+1:

   

 

    Ausgabematrix[2,1]:=1:         // Die zweite Zeile mit den Startwerten

    Ausgabematrix[2,2]:=float(x1): // wird beschrieben.

    Ausgabematrix[2,3]:=float(f(x1)):

    Ausgabematrix[2,4]:=float(f'(x1)):

    if Ausgabematrix[2,4] = 0

    then

       print(Unquoted,"Die Ableitung hat eine Nullstelle");

       print(Unquoted,

             "Eine Division durch Null ist mathematisch unmöglich");

       print(Unquoted,"Versuchen Sie es mit einem neuen Startwert");

       return();

    else

       Ausgabematrix[2,5]:=float(f(x1)/f'(x1)):

    end_if;

    Ausgabematrix[2,6]:=float(x1-Ausgabematrix[2,5]):

   

    k:=2:

    Anz_Zeilen:=2:

    for k from 2 to n_max-1 do   

      if abs(Ausgabematrix[k,2]-Ausgabematrix[k,6])>Genauigkeit

      then

          Ausgabematrix[k+1,1]:=k:

          Ausgabematrix[k+1,2]:=float(Ausgabematrix[k,6]):

          Ausgabematrix[k+1,3]:=float(f(Ausgabematrix[k+1,2])):

          Ausgabematrix[k+1,4]:=float(f'(Ausgabematrix[k+1,2])):

 

          if Ausgabematrix[k+1,4] = 0

          then

            print(Unquoted,"Die Ableitung hat eine Nullstelle");

            print(Unquoted,

             "Eine Division durch Null ist mathematisch unmöglich");

            print(Unquoted,"Versuchen Sie es mit einem neuen Startwert");

            return();

          else

            Ausgabematrix[k+1,5]:=

                float(f(Ausgabematrix[k+1,2])/f'(Ausgabematrix[k+1,2])):

 

          end_if;

 

          Ausgabematrix[k+1,6]:=

                float((Ausgabematrix[k+1,2]-Ausgabematrix[k+1,5])):

          Anz_Zeilen:=Anz_Zeilen+1:

          // Die Zeilen werden iterativ beschrieben.

          // Abbruchkriterien: Die Genauigkeit ist erreicht

         

      else

          k:=n_max-1:

          // Die maximale Zeilenzahl ist erreicht.

      end_if;

      

    end_for;

    Anz_Zeilen;

 

    if  Anz_Zeilen = n_max //Ausgabe der Daten

    then

       print(Unquoted,

             "Eine existierende Nullstelle kann nicht gefunden werden");

       print(Unquoted,"oder eine Nullstelle existiert nicht") ;

    else

       print(Unquoted, "Die Nullstelle ist bei x1 = ".

             expr2text(float(Ausgabematrix[Anz_Zeilen,2])));

       print(Unquoted, "Die maximale Abweichung beträgt  ".

             expr2text(float(Genauigkeit)));

       print(Unquoted,

             "Die Ergebnisse der Einzelschritte werden nun ausgegeben");

    end_if;

  

    Ausgabematrix[1..Anz_Zeilen,1..6];

           

  end_if:

end_proc:

 

 

Die Prozedur GraphNewton wird definiert. In dieser Prozedur werden Ergebnisse der Berechnungen

der Prozedur Newton graphisch ausgewertet. Die Funktion GraphNewton greift dabei auf die

Ergebnisse der Ausgabematrix zurück, die in der Prozedur Newton erzeugt wurde.

Der Aufruf der Funktion GraphNewton hat somit immer nach dem Aufruf der Prozedur Newton

zu geschehen. Die Entkopplung der Prozeduren ermöglicht einen Aufruf der Prozeduren

nach Wahl mit durch den Benutzer bestimmter Wahl des Koordinatensystems.

 

GraphNewton := proc(f, Links,Rechts,Unten,Oben,Ausgabematrix)

  save x;

  local Anz_Zeilen, fgraph, i, links, m, normgraph, rechts, tangente, tangraph;

begin

  delete x;

  Anz_Zeilen:= linalg::nrows(Ausgabematrix);

  normgraph[1]:=plot::Line2d([Ausgabematrix[2,2],f(Ausgabematrix[2,2])]

                       ,[Ausgabematrix[2,2], 0], Color=RGB::Green):

 

  for m from 2 to Anz_Zeilen-1 do

    links:=min(Ausgabematrix[m,2],Ausgabematrix[m+1,2]):

    rechts:=max(Ausgabematrix[m,2],Ausgabematrix[m+1,2]):

 

    tangente[m]:=

     f'(Ausgabematrix[m,2])*x-f'(Ausgabematrix[m,2])*Ausgabematrix[m+1,2];

    tangraph[m]:=plot::Function2d(tangente[m], x=links..rechts,

                     ViewingBoxYRange=Unten..Oben,

                     Color=RGB::Red):

 

    normgraph[m]:=

         plot::Line2d([Ausgabematrix[m+1,2],f(Ausgabematrix[m+1,2])]

                       ,[Ausgabematrix[m+1,2], 0], Color=RGB::Green):

 

 

  end_for;

  fgraph:=plot::Function2d(f, x=Links..Rechts,

                         ViewingBoxYRange=Unten..Oben,

                         Color=RGB::Blue):

  plot(tangraph[i] $ i = 2..Anz_Zeilen-1,

     fgraph,

     normgraph[i] $ i = 1..Anz_Zeilen-1)

end_proc:

 

Anwendung der Prozeduren auf konkrete Probleme

 

Zu einem ersten Test der Prozedur wird eine zu untersuchende Funktion definiert.

 

f := x -> x^2-4:

 

Die Nullstellen lassen sich leicht ermitteln.

 

solve(f(x)=0,x)

math

Die Prozedur wird mit mit den vordefinierten Konstanten als Parameter aufgerufen.

 

tabelle:= Newton(f,4,Genauigkeit)

Die Nullstelle ist bei x1 = 2.001

Die maximale Abweichung beträgt  0.001

Die Ergebnisse der Einzelschritte werden nun ausgegeben

math

Offensichtlich wurde eine Nullstelle mit der angegebenen Genauigkeit erkannt.

 

GraphNewton(f,-1,5,-6,13,tabelle)

MuPAD graphics

Es ist aber auch möglich, Zahlen statt der Konstanten einzugeben.

 

Newton(f,2,1/10)

Die Nullstelle ist gefunden und lautet:

x1 = 2.0

 

Nachdem die grundsätzliche Funktionalität der Programme Newton und GraphNewton geklärt

ist, kann mit der mathematischen Analyse des Newtonverfahrens begonnen werden.

 

Eine erste interessante Frage ist, wie der Algorithmus reagiert, wenn eine Funktion

mehrere Nullstellen hat. Betrachten wir die Funktion

 

f := x ->x^3-9*x

math

Die Nullstellen lassen sich konventionell berechnen:

 

solve(f(x),x)

math

Es wird mit dem Startwert 8 begonnen:

 

tabelle:= Newton(f,2.2,Genauigkeit)

Die Nullstelle ist bei x1 = 3.0

Die maximale Abweichung beträgt  0.001

Die Ergebnisse der Einzelschritte werden nun ausgegeben

math

GraphNewton(f,-1,5,-15,23,tabelle)

MuPAD graphics

Nun der Versuch mit dem Startwert 3.

 

tabelle:= Newton(f,4,Genauigkeit)

Die Nullstelle ist bei x1 = 3.001

Die maximale Abweichung beträgt  0.001

Die Ergebnisse der Einzelschritte werden nun ausgegeben

math

GraphNewton(f,-1,5,-15,20,tabelle)

MuPAD graphics

Das gleiche mit Startwert 1

 

tabelle:= Newton(f,1,Genauigkeit)

Die Nullstelle ist bei x1 = -1.387e-7

Die maximale Abweichung beträgt  0.001

Die Ergebnisse der Einzelschritte werden nun ausgegeben

math

Und nun noch Startwert -7

 

Newton(f,-7,Genauigkeit)

Die Nullstelle ist bei x1 = -3.0

Die maximale Abweichung beträgt  0.001

Die Ergebnisse der Einzelschritte werden nun ausgegeben

math

Offensichtlich liefert der Algorithmus je nach Startwert unterschiedliche Nullstellen.

Im konkreten Fall wurden alle drei Nullstellen mit der angegebenen Genauigkeit

gefunden. Dabei variiert die Anzahl der Iterationen in Abhängigkeit vom Startwert.

 

Im konkreten Fall weiß man, dass eine ganzrationale Funktion dritten Grades maximal

drei Nullstellen hat. Insofern hat man nun alle Nullstellen gefunden. Der Newtonsche

Algorithmus macht aber keine Aussage über die Anzahl der Nullstellen. Letzlich ist so

auch kein Nachweis möglich, dass es keine Nullstellen gibt, wenn das Verfahren

nicht konvergiert.

 

Eine interessante Frage ist: Wie reagiert der Algorithmus, wenn die Funktion keine

Nullstellen hat.

 

f:= x -> x^2+3:

 

Diese Funktion hat bekanntlich keine reellen Nullstellen.

 

solve(f(x),x)

math

Das zunächst unerwartete Ergebnis : Es scheint zwei Nullstellen zu geben.

Andererseits sind die Nullstellen imaginär. Die reelle Lösung zeigt keine Nullstellen, was

man auch mit MuPAD nachweisen kann, wenn man den Definitionsbereich entsprechend

einschränkt.

 

solve(f(x), x, Domain = Dom::Real)

math

Nun Beginn der Iterationen mit Startwert 8.

 

tabelle:= Newton(f,Startwert,Genauigkeit)

Eine existierende Nullstelle kann nicht gefunden werden

oder eine Nullstelle existiert nicht

math

GraphNewton(f,-5,8,-5,70,tabelle)

MuPAD graphics

Offensichtlich konvergiert der Algorithmus nicht. Dies korrelliert mit der nicht vorhandenen

Nullstelle.

 

Eine Besonderheit tritt auf, wenn man als Startwert 1 wählt.

tabelle:= Newton(f,1,Genauigkeit)

Eine existierende Nullstelle kann nicht gefunden werden

oder eine Nullstelle existiert nicht

math

GraphNewton(f,-2,2,-1,5,tabelle)

MuPAD graphics

Die Argumente oszillieren zwischen den Werten -1 und 1.

 

Nun soll eine gebrochenrationale Funktion untersucht werden.

 

f:=x -> (x^3-4*x-7.5)/(x^2-3)

math

tabelle:= Newton(f,1,Genauigkeit)

 

Die Nullstelle ist bei x1 = 2.62

Die maximale Abweichung beträgt  0.001

Die Ergebnisse der Einzelschritte werden nun ausgegeben

math

GraphNewton(f,-10,10,-10,10,tabelle)

MuPAD graphics

Nun ein anderer Startwert:

 

tabelle:= Newton(f,19,Genauigkeit)

Eine existierende Nullstelle kann nicht gefunden werden

oder eine Nullstelle existiert nicht

math

GraphNewton(f,-10,10,-10,10,tabelle)

MuPAD graphics

Offensichtlich kommt man bei den gewählten Voreinstellungen zu keiner Lösung.

In solchen Fällen bietet es sich an, für einen ersten Eindruck den Graphen der Funktion

darzustellen. Wenn im Graph eine Nullstelle erkennbar ist, sollte man entweder einen

anderen Startwert wählen oder in diesem Notebook die maximale Anzahl von Iterationen

heraufzusetzen. Schließlich ist es auch möglich, sich nur auf den Zähler zu beziehen

und die Nullstellen des Zählers mit dem Newtonverfahren zu bestimmen. Auf diese

Untersuchungen wird in diesem Notebook verzichtet.

 

Bei der folgenden Funktion ist eine Lösung in geschlossener Form nicht mehr möglich.

 

f:=x -> 7-2^x-3^x

math

Der Befehl solve liefert kein sinnvolles Ergebnis.

 

solve(f(x)=0,x)

math

Unterstützung erhält man durch den Befehl float. Wenn es nur um das Ergebnis geht,

reicht dieser Befehl zur Erlangung des Ergebnisses natürlich aus.

 

float(solve(f(x)=0,x))

math

Nun wird das Newtonverfahren mit Startwert -1 durchgeführt.

 

tabelle:= Newton(f,-1,Genauigkeit)

Die Nullstelle ist bei x1 = 1.357

Die maximale Abweichung beträgt  0.001

Die Ergebnisse der Einzelschritte werden nun ausgegeben

math

GraphNewton(f,-4,8,-500,10,tabelle)

MuPAD graphics

Die bereits bekannte Nullstelle wird erkannt.

 

Newton(f,1,Genauigkeit)

Die Nullstelle ist bei x1 = 1.357

Die maximale Abweichung beträgt  0.001

Die Ergebnisse der Einzelschritte werden nun ausgegeben

math

Nun noch der natürliche Logarithmus

 

f:=x -> ln(x):

Newton(f,2,Genauigkeit)

Die Nullstelle ist bei x1 = 1.0

Die maximale Abweichung beträgt  0.001

Die Ergebnisse der Einzelschritte werden nun ausgegeben

math

Diese Nullstelle ist als Eigenschaft der Logarithmusfunktion bekannt. 

 

Nun ein eigentlich einfaches Beispiel:

 

f:=x -> x^2-6*x:

Newton(f,3,Genauigkeit)

Die Ableitung hat eine Nullstelle

Eine Division durch Null ist mathematisch unmöglich

Versuchen Sie es mit einem neuen Startwert

 

Diese in der Prozedur Newton implementierte Fehlermeldung ist zu interpretieren.

Eine Betrachtung der Nullstellen der Ableitung weist die Behauptung der Nullstelle der

Ableitung nach. 

 

solve(f'(x)=0,x)

math

Die Ableitung hat eine Nullstelle beim Startwert. Verallgemeinert: Startwerte mit waagerechter

Tangente sind nicht möglich. Nicht erlaubt sind somit:

- Extremstellen

- Sattelpunkte

Andererseits ist es auch theoretisch möglich, dass während der Iterationen zufällig eine

Nullstelle der Ableitung getroffen wird. Auch in diesem Fall bricht die Prozedur Newton

ab. Entfernt man die entsprechenden Überprüfung aus der Prozedur, wird von MuPAD

mit einer Fehlermeldung abgebrochen. Allerdings werden dann nachfolgende Befehle

bei einer Evaluation der Befehle nicht weiter beachtet. 

 

Einige Anregungen zur selbstständigen Weiterarbeit:

 

1. Teil: Verbesserungen der Prozeduren:

 

a) Man kann bei der Prozedur GraphNewton eine dynamische Anpassung des Zeichenbereichs an

   die konkret vorliegenden Werte vornehmen. Welche Nachteile hat dies Verfahren?

b) In diesem Notebook wird als Genauigkeit die der Betrag von Xn+1-Xn angenommen.

    Dieser Genauigkeitsbegriff ist unvorteilhaft bei sehr großen Steigungen nahe der Nullstelle.

    Es ist aber auch möglich, als Genauigkeit den Abstand von der x-Achse zu wählen.

    Siehe dazu auch das Notebook von Alessandro Dell'Aere. Dieser Genauigkeitsbegriff

    ist nachteilig, wenn man sehr flache Graphen im Bereich der Nullstelle hat. Optimal wäre

    ein Genauigkeitsbegriff, der beide Genauigkeitsbegriffe geeignet miteinander verbindet.

    Hier sind verschiedene Formen der Realisierung möglich. Man sollte einen erweiterten

    Genauigkeitsbegriff definieren und implementieren.

 

2. Teil: Experimente mit dem Newtonverfahren

 

a) Experimentieren Sie bei selbstgewählten Funktionen mit verschiedenen Startwerten.

b) Man sollte versuchen, oszillierendes Verhalten in anderen Fällen zu realisieren. Welche

    mathematischen Bedingungen liegen bei Ihrem Beispiel vor?

c) Können Sie auch ein Beispiel finden, bei dem die Oszillationen Perioden von mehr

    als zwei Schritten haben?

d) Können Sie ein Beispiel finden, bei dem die Funktion Nullstellen hat, obwohl der

    Algorithmus nicht konvergiert? Wenn Sie kein Beispiel finden: In welcher Situation

     könnte dies passieren?

e) Wie geht man bei einer gebrochenrationalen Funktion vor, wenn der Startwert auf einer

    Definitionslücke liegt und man trotzdem den Startwert beibehalten möchte?

f) Welche Möglichkeiten, das Newtonverfahren einzusetzen hat man, wenn die Funktion

    das Produkt einer ganzrationalen Funktion mit einer e-Funktion ist? Geben Sie ein

    Beispiel an.

g) Welche Möglichkeiten, das Newtonverfahren einzusetzen hat man, wenn die Funktion

    das Produkt einer gebrochenrationalen Funktion mit einer e-Funktion ist? Erläutern Sie

    anhand eines Beispiels.

h) Wenn man bei der Funktion f:=x -> 7-2^x-3^x Startwerte wählt, die weit links liegen,

     erhält man eine relativ große Anzahl von Iterationen. Probieren Sie dies aus und

     begründen Sie anschaulich.

j)   Sie sollten überprüfen, inwieweit bei Funktionen mit eingeschränktem Definitionsbereich

     (z.B. Logarithmusfunktion, Wurzelfunktion) die Einschränkungen erkannt werden. 

k) Wenn man beim natürlichen Logarithmus den Startwert 20 wählt, ergibt sich ein

     "merkwürdiges Ergebnis". Erklären Sie, was das Ergebnis bedeutet und wie es

     zustandekommt.

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Anmerkungen:

 

1.  Weitere Anregungen finden Sie in der Unterrichsmaterialsammlung unter schule.mupad.de. In diesen

     Notebooks werden eine Vielzahl unterschiedlichster mathematischer Probleme mit MuPAD Pro gelöst.

 

2.  Die Handreichung Mathematik 1 x anders, Band 11 von Patricia Rudawski, kostenfrei erhälicht als PDF

    Dokument unter schule.mupad.de, ist ebenfalls dem Newton-Verfahren gewidmet.

 

3. In der Materialsammlung des MuPAD Servers finden sich bislang zwei andere Notebooks zum

    Newtonverfahren, die den Schwerpunkt auf die Einführung bzw. Visualisierung des Newtonverfahrens 

    legenund die Ergebnisse der Rechnungen anders präsentieren.    

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