ГОСЫ Методы вычислений 18 стр Январь 2012
.pdf4. Интерполяционный многочлен Лагранжа. Погрешность многочлена (без вывода).
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! # ! $ |
f ( x) n + 1 ! : |
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x0 , x1, K, xn |
– |
! |
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f ( x) – # |
! # |
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f0 , f1, K, fn |
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– |
! |
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f ( xi ) = fi , i = 0, n – ! # |
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f1 |
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f0 |
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fn |
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x0 |
x1 |
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xn |
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: & ## f ( x) |
# n |
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!, |
! |
! # # ! # ! |
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f ( x) = Ln (x) : Ln (xi ) = fi , |
i = 0, n (( & # n). |
|||||||||||||||||||
! # |
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L ( x) = a |
+ a x + a |
x2 + L+ a |
xn |
(1) – n-$ #. %- & |
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n |
0 |
1 |
2 |
|
n |
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# #: |
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2 |
n |
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y0 = Ln ( x0 ) = a0 + a1x0 + a2 x0 |
+ L + an x0 |
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y = L ( x ) = a |
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+ a x + a |
|
x2 + L + a xn |
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1 |
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n |
1 |
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0 |
1 1 |
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2 1 |
n 1 |
(2) |
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LLLLLLLLLLLLLLLLL |
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2 |
n |
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yn = Ln ( xn ) = a0 |
+ a1xn + a2 xn |
+ L + an xn |
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||||||||||||
4 - $ # # – * |
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|||||||||||||||||||
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x |
x |
2 |
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L xn |
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1 |
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0 |
0 |
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0 |
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1 |
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x |
x |
2 |
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L xn |
= ∏(xi − x j ) ≠ 0 |
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1 |
1 |
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1 |
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L L L L L |
|
0≤ j <i ≤n |
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1 |
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x |
x |
2 |
|
L xn |
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n |
n |
|
n |
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, # x j !. 0, # # (2) "
# ( %). ! # ' # # #
(1). .# # & - ai # ' (
" - $ # # ! & " n ( , n = 20).
# , " ( # #.
11
# :
|
|
n |
|
|
Ln ( x) = ∑ fi li ( x) |
(3) , |
|
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|
i =0 |
|
li ( x) – n- $ # $, |
|
||
|
|
0, #i ≠ j |
(4) |
li |
( x j |
) = |
|
|
|
1, #i = j |
(5) |
* ! li ( x) & ( ! .
! # (4) #,
li ( x) = A( x − x0 )K( x − xi −1 )( x − xi +1 )K( x − xn )
6 ! # (5)
1
A =
( xi − x0 )K( xi − xi −1 )( xi − xi +1 )K( xi − xn )
n |
x |
− x j |
||
4 #( li (x) = ∏ |
||||
x |
− x |
|
||
j =0 |
j |
|||
i |
|
j≠i
, :
|
|
|
|
|
|
|
n |
n |
x |
− x j |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
∑ fi |
∏ |
|
||||||||||
|
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|
|
x |
− x |
|
|
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||||||
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|
i=0 |
j=0 |
j |
|
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|||||||
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|
|
|
i |
|
|
|
|
||||||||
|
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|
|
j≠i |
|
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! % ( ) |
|||||||||||||||||
f(x) = Ln(x) |
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f(x) = Ln(x) + Rn(x), Rn(x) – " # |
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||||||||||||||
Rn |
( x) = f ( x) − Ln |
( x) = |
f ( n +1) (c) |
ωn ( x), |
|
Rn ( x) |
|
≤ |
M n +1 |
|
|
ωn ( x) |
|
, ωn ( x) = ( x − x0 )K( x −xn ) |
|||||
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|||||||||||||||
(n + 1)! |
|
|
(n + 1)! |
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12
5. Решение нелинейных алгебраических уравнений методом хорд и методом Ньютона. Геометрическая интерпретация методов. Оценка погрешности.
.
# ! f ( x) . , # $ #
f ( x) = 0 . % – - #, # , # ' #
& # ξ : f (ξ ) ≡ 0 . ε – # " !, ! # ( ε << 1)
! # # !.
1)## #, # & $. . $ !,
( (! ! $);
2). - !, # ' # #$ , $
& ! # $ # (.
.
% ' # $# , ! # # !$ f ( x) . # # # ! ! !, & - ! # ' #, "$ , . & #
y = f ( x) # $ # # # ( # ##. # #
& ! $. # !
- p( x) = t( x) , y = p( x) y = t ( x) (
# & . 6 # ## # - #
. & ! $ ( ! .
1. * + ( #) y = f(x)
a ξ x3 x2 x1 b=x0
x0 – &
4 (x0, f(x0)).
- $ # (. #$ x0: y = f′(x0)· (x – x0) + f(x0).
. ! - # #$ # # ( # ## – (x1, 0):
x1 = x0 − |
f ( x0 ) |
|
|
. |
|
|
||
|
f ′( x0 ) |
4 (x1, f(x1)). - $ # (. . .
|
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|
= x |
|
− |
f ( xn ) |
|
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|
< ε . |
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x |
n+1 |
n |
, # #: |
|
f (x |
) |
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|
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f ′( xn ) |
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n+1 |
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|||
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0 # # # . ( . |
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|||||||||||||||||||
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− ξ |
|
≤ |
f ( xn ) |
|
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|
f ′( x) |
|
≥ m [a, b] (! |
|
f (x ) − f (ξ ) |
|
= |
|
f ′(Θ) |
|
|
|
x − fξ |
|
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4 " # |
|
x |
n |
|
|
|
, |
|
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|
|
|
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). |
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|
|
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m |
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|
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|
n |
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|
n |
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||||
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13 |
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2. % ! * +.
$ ! ( # , & " (
# (, # ' (, ( #$, $ ". y = f(x)
a ξ x3 x2 x1 b=x0
: |
xn +1 |
= xn |
− |
f ( xn ) |
|
f ′( x0 ) |
|||||
|
|
|
|
* - & # &$ ! ! (, # # &,
.
3.#
* . ( # # ! ( , # . & ! # ( $, ! $ &.
y = f(x)
x2 |
x3 x4 |
|
a=x1 |
ξ |
b=x0 |
4 (x0, f(x0)) (x1, f(x1))
! - . $, '$ ! x0 x1:
x − x1 |
= |
y − f ( x1 ) |
, f(x0)· f′′(x0) > 0 – # $ . |
|
f ( x0 ) − f ( x1) |
||
x0 − x1 |
|
. ! - # # # ( # ## – (x2, 0):
|
= x1 |
− |
f ( x1 ) ( x0 |
− x1 ) |
|
x2 |
|
|
. |
||
|
|
||||
|
|
|
f ( x0 ) − f ( x1 ) |
4 (x2, f(x2)). # (x0, f(x0)) (x2, f(x2)). . .
: |
x |
= x − |
f ( xn ) ( xn − x0 ) |
|
, # #: |
|
f (x |
) |
|
< ε . |
||||||||||||||
|
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||||||||||||||||||||||
|
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||||||||||||||||||||||
|
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n+1 |
|
|
n |
|
|
f ( xn ) − f ( x0 ) |
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|
n+1 |
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||
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|||
0 # # # # # # #$ ##. |
|
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|||||||||||||||||||
4 " # |
|
x |
n |
− ξ |
|
≤ |
f ( xn ) |
|
, |
|
f ′( x) |
|
≥ m [a, b] . |
|
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|||||
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||||||||||||||
|
m |
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|||||||||||||||||
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14 |
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4. % ! #.
# ! # '$, # # # ,
& . 0 # # # - ", , ",
. (.
y = f(x)
x2 |
x4 x5 |
x3 |
a=x1 |
ξ |
b=x0 |
: |
xn+1 = xn |
− |
f ( xn ) ( xn − xn −1 ) |
|
f ( xn ) − f ( xn−1) |
|
|||
|
|
|
|
, !, ## :
1)% #$ & ( . ();
2)& $ ! &.
# # # # 1-4. #:
1) |
/ f ( x) & [a, b] ; |
|
2) |
. ! [a, b] # ' # #$ f ( x) = 0 ( f (a) f (b) < 0) ; |
|
3) |
! f ′( x), f ′′( x) # ( ! [a, b] ' ( # 0; |
|
4) |
. & x0 |
# f ( x0 ) f ′′( x0 ) > 0 . |
, ! # # |
( f ( x) = 0 . |
15
6. Метод простой итерации решения систем линейных алгебраических уравнений. Условия сходимости метода.
* .
! ## # . # # -# x = ( x1 , K, xn )T . . x – - #, (' # ('
#:
1. x ≥ 0, x = 0 x = 0 ;
2.αx = α x ;
3. x + y ≤ x + y .
, ## #
|
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|
|
|
n |
|
|
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|
1. |
|
x |
|
|
|
|
|
1 = |
|
x1 |
|
+ L + |
|
xn |
|
= ∑ |
|
xi |
|
; |
|
|||
|
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||||||||||||||
|
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|||||||||||||
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i =1 |
|
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|
|
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||
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2. |
|
|
|
= x12 |
+ L + xn2 |
= |
|
∑xi2 |
; |
|||||||||||||||
|
x |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
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|
|
|
|
|
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|
i =1 |
|
||||
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
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|
3.x ∞ = max xi .
i =1, n
* !.
# # # x = ( x1 , K, xn )T x , # #$ # $ $
# # |
A = (aij )m x n ! ( |
|
A |
|
= sup |
|
|
Ax |
|
– |
|
|
|
|
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|
|
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|
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|
|
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x |
|
|
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|
|
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|
|
x ≠0 |
|
|
|
|||
(# # |
# $ ). |
|
|
|
|
|
. A – - #, (' # (' #: 1. A ≥ 0, A = 0 A = 0 ;
2.αA = α A ;
3. A + B ≤ A + B ;
4. Ax ≤ A x ;
5. A B ≤ A B ;
0 # # # # # #
m
1.A = max ∑ aij – # ! # $ #;
1 1≤ j ≤ n i =1
2. A 2 = max λ (AT A) , λ – # # # ATA;
n
3. A ∞ = max1≤i ≤m ∑ aij – # ! # $ #.
j =1
16
.
# # n $ # $ # n ! #:
|
|
|
a x |
+ a x |
+ K + a x |
= b |
|||||
|
|
|
11 1 |
12 2 |
1n n |
1 |
|||||
|
|
|
a |
x |
+ a |
x |
+ K + a |
|
x |
= b |
|
|
|
|
|
21 1 |
|
22 2 |
|
2n n |
2 |
||
|
|
|
LLLLLLLLLLLL |
||||||||
|
|
|
a |
x |
+ a |
x |
+ K + a |
|
x |
= b |
|
|
|
|
|
n1 1 |
|
n 2 2 |
|
nn n |
n |
||
|
≠ 0 . ) " # # # |
||||||||||
# # # # # ", # |
A |
||||||||||
ξ = (ξ , K, ξ |
n |
)T , # # #, # ' # & #. |
|||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 # $ : |
|
|
|
|
|
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|||
|
|
|
|
|
Ax = b (1) , |
|
|
|
|
||
|
|
|
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|
|
|
|
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|
|
A = (aij )n x n |
– - |
|
|
|
|
b= (b1 , K, bn )T – # #
x = ( x1 , K, xn )T – # ! #
, # & " # # ! # " # $
# (.
! (,-.
. & # # (1) # # #
x = Bx + c (2)
B = (b ) |
n x n |
, c = (c , K, c )T , |
x = ( x , K, x )T |
, |
||
ij |
1 |
n |
1 |
n |
|
(1) → (2) & # ! # #, :
Ax = b
x= x + F ( Ax − b)
x= x + FAx − Fb
x= (E + FA) x − Fb
14243 {
|
|
|
B |
c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F – ! |
& . |
|
|
|
||
|
|
& ' ! |
|
|
||
. & " x = Bx + c . * ( & x(0) = (x(0) |
,K, x(0) )T |
. . |
||||
|
|
|
|
1 |
n |
|
# (' & x(1) = Bx( 0) + c, x( 2) = Bx(1) + c, K. |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
: |
|
x( n +1) = Bx( n) + c |
. |
|
|
|
0 # ! # x( 0) . # B " , (
& x( 0) #$# ξ.
17
' # !.
# B < 1 ( & x( 0) #$ " # #
$ # $ # # " ( # #.
: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x = Bx + c, |
|
B |
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< 1 – # # (2) |
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ξ = (ξ , K, ξ |
n |
)T |
– " , # ξ ≡ Bξ + c |
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1 |
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x( n +1) = Bx( n) + c |
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. & !: x( 0) : lim x( n ) = ξ, (x( n ) → ξ), # |
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x( n) − ξ |
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→ 0 |
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n →∞ |
n →∞ |
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n→∞ |
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$% ": ) ## ! #
x( n) − ξ = (Bx( n −1) + c) − (Bξ + c) = B( x( n −1) − ξ ) ≤ B x( n −1) − ξ =
= B(Bx( n − 2) + c) − (Bξ + c) = B B( x( n − 2) − ξ ) ≤ B 2 x( n − 2) − ξ =
= L ≤ B n x( 0) − ξ → 0, ( B < 1)
n →∞
& & " # #$ .
x( n) − ξ = (Bx( n −1) + c) − (Bξ + c) = Bx( n −1) − Bξ = Bx( n −1) − Bξ + Bx( n) − Bx( n) ≤
≤ Bx( n −1) − Bx( n) + Bx( n) − Bξ ≤ B x( n) − x( n −1) + B x( n ) − ξ
) ! " - # # |
x( n) |
− ξ |
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, |
B |
< 1 |
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x( n) − ξ |
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≤ |
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B |
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x( n) − x( n −1) |
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1 − |
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B |
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. # - $ # ' # # ! ## # "
# # ( ε:
x( n +1) − x( n ) ≤ 1 − B ε
B
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