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Finden Sie alle Lösungen der folgenden Gleichung auf drei Nachkommastellen genau
(die dritte Nachkommastelle muss gerundet richtig sein):


$$4x^3-x^2-12x-3=0$$



Wie kann ich das lösen?

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Aloha :)

Ich denke, hier soll nicht einfach nur der Taschenrechner benutzt werden oder einfach nur die Cardanischen Formeln (zur exakten Lösung) verwendet werden, sondern hier soll ein konkretes Verfahren zur numerischen Nullstellenermittlung explizit angwendet werden.$$f(x)=4x^3-x^2-12x-3\stackrel!=0$$

Ein sehr gängiges Verfahren ist das Newton-Verfahren. Dabei startet man mit einem \(x\)-Wert \(x_0\) nahe einer vermuteten Nullstelle. Für diese Stelle \(x_0\) ermittelt man die Tangente an die Kurve. Diese hat die allgemeine Darstellung:$$t(x)=f(x_0)+f'(x_0)\cdot(x-x_0)$$Nun schaut man, an welcher Stelle diese Tangente die \(x\)-Achse schneidet. Man bestimmt also die Nullstelle der Tangente:$$0\stackrel!=t(x)=f(x_0)+f'(x_0)\cdot(x-x_0)\implies f'(x)\cdot(x-x_0)=-f(x_0)\implies$$$$x-x_0=-\frac{f(x_0)}{f'(x_0)}\implies x=x_0-\frac{f(x_0)}{f'(x_0)}$$Diese Nullstelle der Tangente verwendet man als neuen Näherungswert für die Nullstelle der Funktion und wiederholt das Verfahren.

Das führt zu folgender Rekursionsgleichung:$$\boxed{x_{n+1}=x_n-\frac{f(x_n)}{f'(x_n)}}$$

Speziell für die Funktion \(f(x)\) in dieser Aufgabe lauetet die Ableitung:$$f'(x)=12x^2-2x-12$$sodass wir folgende Rekursionsgleichung erhalten:$$x_{n+1}=x_n-\frac{4x^3-x^2-12x-3}{12x^2-2x-12}$$

Für den Startwert \((x_0=2)\) erhalten wir die Nullstelle: \(x_0\to1,968\)

blob.png

Für den Startwert \((x_0=0)\) erhalten wir die Nullstelle: \(x_0\to-0,262\)
blob.png

Für den Startwert \((x_0=-2)\) erhalten wir die Nullstelle: \(x_0\to-1,456\)

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Für Funktionen 3. Grades gibt es analog zur pq-Formel die Cardanischen Formeln:

https://de.wikipedia.org/wiki/Cardanische_Formeln


Nullstellen:

x_1 = -1,45634

x_2 = -0,26168

x_3 = 1,96802

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Ich denke nur durch eine numerisches Verfahren. Z.B. Newton.

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Näherungsverfahren oder elektronisches Werkzeug:

x1 = -0.262 x2 = -1.456 x3 = 1.968

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