Math-Net.Ru
Общероссийский математический портал
М. Н. Яковлев, Теорема о сходимости метода Ньютона, Зап. научн. сем. ПОМИ, 1998, том 248, 242–246
Использование Общероссийского математического портала Math-Net.Ru подразумевает, что вы прочитали и согласны с пользовательским соглашением
http://www.mathnet.ru/rus/agreement Параметры загрузки:
IP: 139.59.245.186
6 ноября 2022 г., 11:02:09
seminarov POMI Tom 248, 1998 g.
M. N. kovlev
TEOREMA O SHODIMOSTI METODA N^TONA
Pust~ P(
x)
operator, destvuwi iz prostranstva BanahaX v prostranstvo Banaha Y. V izvestnyh teoremah, sm., napri- mer, 1], o shodimosti metoda N~tona rexeni operatornogo uravneni
P
(
x) = 0
predpolagaets suwestvovanie proizvodno Frexe P0
(
x)
opera- tora P(
x)
, kotora, po opredeleni, vlets pri kadomxli- nenym ograniqennym operatorom(
P0(
x)
2 L(
X Y))
. to zasta- vlet pri rassmotrenii, naprimer, differencial~nyh uravne- ni vvodit~ metriku, v kotoro operator P(
x)
vlets nepre- ryvnym operatorom. Privodima nie teorema pozvolet izbe- at~ togo usloneni. Krome togo, klass operatorov, rassma- trivaemyh v nieprivedenno teoreme, soderit vse operato- ry, dl kotoryh operator P0(
x)
, udovletvoret lix~ lokal~no- mu uslovi Gel~dera s nekotorym pokazatelems(0
<s61)
.Rassmotrim uravnenie
Tx
+
F(
x) = 0
(1)gdeF
(
x)
{ operator iz banahova prostranstvaX v banahovo pro- stranstvoY. Predpoloim, qto operatorF(
x)
nepreryvno dif- ferenciruem po Frexe v nekotorom xare S(
x0r)
X radiusar. Pust~ T { additivny i odnorodny operator s oblast~
opredeleni D
(
T)
X i oblast~ znaqeni R(
T)
Y. Pust~x
0
2D
(
T)
.Teorema. Pust~ vypolneny uslovi.
1.
Suwestvuet lineny (opredelenny na vsem
Y) operator
T+
Fx0(
x)]
;1dl vseh
x2S(
x0r)
\D(
T) .
2.
Dl
x,
z2S(
x0r)
\D(
T) verno neravenstvo
T+
Fx0(
z)]
;1F(
z)
;F(
x)
;Fx0(
x)(
z;x)]
6Mskx;zk1+s0
<s61
: (2)3.
Dl
x2S(
x0r)
\D(
T) verno neravenstvo
T+
Fx0(
x)]
;1Tx0+
F(
x0)]
6k : (3)4. q
=
k M<1 .
(4)5. r>r0
=
kP+1k =0q(1+s)k;1: (5)Togda suwestvuet rexenie
xuravneni
(1), prinadle awee
S
(
x0r0)
\D(
T) k kotoromu shodits iteracionny process
x
n+1
=
xn;T+
Fx0(
xn)]
;1Txn+
F(
xn)]
n= 0
1
:::priqem
kx
n
;x
k6 k q
(1+s) n
;1
1
;qs(1+s)n(
n= 0
1
:::)
: (6)Dokazatel~stvo.
Poloim;(
x)
T+
Fx0(
x)]
;1;
n;(
xn)
P(
x)
Tx+
F(
x)
PnP(
xn)
:Pokaem snaqala, qto
x
n
2S
(
x0r0)
\D(
T)
:Imeem
kx
1
;x
0
k
=
k;
0P0k6k<r0:Dalee
;
1P1= ;
1P1;;
1T(
x1;x0) +
Fx0(
x0)(
x1;x0) +
Tx0+
F(
x0)] =
= ;
1Tx1+
F(
x1)
;T(
x1;x0)
;Fx0(
x0)(
x1;x0)
;Tx0;F(
x0)] =
= ;
1F(
x1)
;F(
x0)
;Fx0(
x0)(
x1;x0)]
i sledovatel~no
k
;
1P1k6Mskx1;x0k1+s:Dal~nexie rassudeni provodim metodom polno matemati- qesko indukcii.
Pust~ ue dokazano, qto
x
n
2S
(
x0r0)
\D(
T)
i qto spravedlivy ocenki
kx
n
;x
n;1 k6k q
(1+s) n;1
;1 (7)
k
;
nPnk6Mskxn;xn;1k1+s: (8) Pokaem, qto togdakx
n+1
;x
n k6k q
(1+s) n
;1
(9)
otkuda
x
n+1
2S
(
x0r0)
\D(
T)
(10) i qtok
;
n+1Pn+1k6Mskxn+1;xnk1+s:Destvitel~no iz (7) i (8)
kx
n+1
;x
n
k
=
k;
nPnk6Mskxn;xn;1k1+s6k q(1+s)n;1:Formula (9) dokazana. Dalee imeem
Tx
n
+
F(
xn) +
T+
Fx0(
xn)](
xn+1;xn) = 0
:to pozvolet ocenit~ k
;
n+1Pn+1k:;
n+1Pn+1= ;
n+1Pn+1;;
n+1Pn+
T+
Fx0(
xn)](
xn+1;x1)
=
= ;
n+1F(
xn+1)
;F(
xn)
;Fx0(
xn)(
xn+1;xn)
sledovatel~no
k
;
n+1Pn+1k6Mskxn+1;xnk1+si neravenstvo (10) take dokazano.
Teper~ ustanovim fundamental~nost~ posledovatel~nosti
fx
n
g. Iz neravenstva treugol~nika i ocenok (9) imeem
kx
n+p
;x
n k6k
n+p;1
X
k =n q
(1+s) k
;1
: (11)
Otsda
x
n
!x
2S
(
x0r0)
:Imeem
x
n+1
=;
nFx0(
xn)
xn; F(
xn)
=;
nFx0(
xn)
xn; F(
xn)
; Fx0(
x)
x+
F(
x)
+
;
n;;(
x)
Fx0(
x)
x;F(
x)
+ ;(
x)
Fx0(
x)
x;F(
x)
: (12)Dalee
k
;
nk6k;
n;;(
x)
k+
k;(
x)
k66k
;
nkkF0(
xn)
;F0(
x)
kk;(
x)
k+
k;(
x)
k:Otsda, v silu nepreryvno differenciruemosti operatora
F
(
x)
v xare S(
x0r)
, pri dostatoqno bol~xihnk
;
nk6k;(
x)
k=1
;k;(
x)
kkF0(
xn)
;F0(
x)
k<2
k;(
x)
kk
;(
x)
;;
nk6k;
nkkF0(
x)
;F0(
xn)
kk;(
x)
k66
2
k;(
x)
k2kF0(
xn)
;F0(
x)
k:Otsda
k
;(
x)
;;
nk!0
pri n!1:Takim obrazom prava qast~ sootnoxeni (12) stremits pri
n!1 k vyraeni
;(
x)
F0(
x)
x;F(
x)
:Otsda, v qastnosti, sleduet, qto x2D
(
T)
i
T
+
Fx0(
x)
x=
Tx+
Fx0(
x)
x=
Fx0(
x)
x;F(
x)
t.e.
Tx
+
F(
x) = 0
:Perehod k predelu pri p!1 v ocenke (11), poluqim
kx
n
;x
k6k 1
X
k =n q
(1+s) k
;1
6 k q
(1+s) n
;1
1
;qs(1+s)nposkol~ku
(1 +
s)
k;1
>k s pri s>;1
.Sledstvie. Pust~ vypolneny uslovi.
1.
Suwestvuet lineny (opredelenny na vsem
Y) ope- rator
T+
Fx0(
x)]
;1dl vseh
x2S(
x0r)
\D(
T) .
2.
Dl
z,
v,
w2S(
x0r)
\D(
T) verno neravenstvo
k
T+
Fx0(
z)]
;1Fx0(
v)
;Fx0(
w)]
k6Lkv;w ks(0
<s61)
: (13)3.
Dl
x2S(
x0r)
\D(
T) verno neravenstvo
k
T+
Fx0(
x)]
;1Tx0+
F(
x0)]
k6k :4. q
=
k;1+sL 1=s<1 .
5.
Verno neravenstvo
(5)Togda verny vse zaklqeni teoremy.
Dokazatel~stvo.
Imeem v silu neravenstva (13)k
T+
Fx0(
z)]
;1F(
z)
;F(
x)
;Fx0(
x)(
z;x)]
k=
1
Z
0
T
+
Fx0(
z)
;1Fx0(
x+
t(
z;x))
;Fx0(
x)
(
z;x)
dt 61 +
Lskz;xk1+s:Potomu mono poloit~
M
s
= 1 +
Ls:Ostaets primenit~ teoremu.
Zameqanie.
Esli pri lbyh x 2 X imeet mesto Tx= 0
, t.e.T
0
i suwestvuet vtora proizvodna F00(
x)
, ograniqenna v xareS(
x0r)
, qto vleqet vypolnenie neravenstva (13) ss= 1
, to my poluqaem teoremu, dokazannu I. P. Mysovskih 2].Literatura
1.V. A. Trenogin,Funkcional~ny analiz. M. (1993).
2.I. P. Mysovskih,O shodimosti metoda L. V. Kantoroviqa dl rexeni nelinenyh funkcional~nyh uravneni i ego priloeni. | Vestn. LGU
11(1953), 25{48.
Yakovlev M. N. A convergence theorem for the Newton method.
The convergence of the Newton method is established dor equations of the form
Tx+
F(
x) = 0, where
Tis an unbounded operator, and the Frechet derivative
F0(
u) of the operator
F(
u) satises Holder's condition.
Postupilo 3 nobr 1997 g.
S.-Peterburgskoe otdelenie Matematiqeskogo instituta im. V. A. Steklova RAN