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  ※069.牛顿法

  牛顿(Isaac Newton,1642—1727)

  1669年

  当运用牛顿法计算方程式复数根的时候,透过计算机绘图可以展示计算结果错综复杂的程度。这张图是尼蓝德(Paul Nylander)用牛顿法计算z5-1=0的计算机绘图成果。

  发现微积分(约1665年),混沌与蝴蝶效应(1963年)及分形(1975年)

  利用递归—也就是让序列中的每一项都定义为前一项的函数—的算术方法可以追溯到数学发轫之初,巴比伦人就是透过这种方法计算正数的平方根,希腊人也用这种方法估算圆周率π,今天有很多重要又特殊的数学物理,也是使用递归公式进行计算。

  数值分析通常与求取困难问题的近似解答相关,牛顿法就是用来计算不太能用简单代数运算求取方程式f(x)=0之解的最著名数值分析方法之一。使用牛顿法求取令函数值为0的x,也就是求取该函数之零位或根的这类问题,普遍见于科学与工程领域之中。

  牛顿法的使用方式如下。首先,任选根的一个数值近似值x,那么,这个函数f(x)的图形(是一条曲线)就会被它在(x0, f(x))的切线所逼近。所谓切线就是一条只跟函数图形“恰好交会”于一点的直线。接着,算出切线与x轴的交会点,而这个交会点通常会比原先猜测的数值更接近函数真正根值的位置。透过不断重复相同方式,就能找到越来越精确的估算。牛顿法可以写成精确的方程式x=x-f(x)/f '(x),其中“'”这个符号表示函数f(x)的一阶导函数。

  如果在复数域使用牛顿法时,透过计算机绘图的显示结果,就可以看出牛顿法在什么时候可以套用,在什么时候会变得相当诡异。通常这些图案会演变成混沌的形态,并产生美丽的分形图案。

  牛顿法最初的想法记载在牛顿于1669年所著《论无限项方程式的分析》一书中,之后才在1711年由琼斯加以印制发行。1740年,英国数学家辛普森(Thomas Simpson)将牛顿法加以改良,并形容牛顿法是一种迭代法,计算一般非线性方程式的方法。 数学之书:数学史上250个里程碑式的发现

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