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Sturm函数


给定一个函数f(x)=f_0(x),f_1=f^'(x)并通过定义Sturm函数

 fn(x)=-{f(n-2)(x)-f(n-1)(x,
(1)

哪里【P(x)/Q(x)】是多项式商。然后构造以下Sturm函数链,

f_0=q_0f_1f_2
(2)
第1页=q1f2-f3
(3)
f2=q2f3-f4
(4)
|
(5)
f(s-2)=q(s-2)f(s-1)-fs,
(6)

称为Sturm链当常量为-fs(x)获得。

Sturm函数为在给定区间内找到具有实系数的代数方程的实根数提供了一种方便的方法。明确地,所评估的Sturm函数之间符号变化数量的差异在两点上x=ax=b给出了区间中的实根数(a、b)这种强大的结果被称为Sturm公司定理然而,在数值应用该方法时,必须小心计算多项式商以避免因舍入而产生虚假结果时错误。

SturmFunction(SturmFunction)

作为Sturm函数在查找中的具体应用多项式的 ,考虑功能f_0(x)=x^5-3x-1,在上面绘制,它有根-1.21465,-0.334734,0.0802951+/-1.32836i和1.38879(其中三个是真实的)。这个导数由提供f^'(x)=5x^4-3、和Sturm链然后由给出

第0帧=x^5-3x-1
(7)
第1页=5倍^4-3
(8)
f2=1/5(12x+5)
(9)
第3页=(59083)/(20736).
(10)

下表显示了f_i和符号变化的数量三角洲由以下项分隔的点获得Deltax=2.

x个第0帧第1页f2第3页三角洲
-2-11-11
0-1-1111
211110

这表明3-1=2真正的根源在于(-2.0),1-0=1真正的根源在于(0,2).将间距减小为Deltax=0.5给出了下表。

x个第0帧第1页f2第3页三角洲
-2.0-11-11
-1.5-11-11
-1.011-112
-0.51-1-112
0-1-1111
0.5-1-1111
1-11111
1.511110
211110

此表分离了三个实际根,并显示它们位于区间中(-1.5,-1.0),(-0.5,0.0)、和(1.0,1.5)如果需要,根下落的间隔可以进一步减少。

Sturm函数满足以下条件:

1.两个相邻函数不会在间隔的任何点同时消失。

2.在Sturm函数的零点处,它的两个相邻函数具有不同的符号。

3.在围绕零点的足够小的间隔内f_0(x),f1(x)处处大于零或处处小于零大于零。


另请参见

笛卡尔符号法则,Sturm公司链条,Sturm定理

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工具书类

阿克顿,F.S。有效的数值方法,第二次印刷。华盛顿特区:数学。美国协会。,第334页,1990Dörie,H.“Sturm的根数问题”§24英寸100初等数学的大问题:它们的历史和解决方法。新建约克:多佛,第112-1161965页。出版社,W.H。;弗兰纳里,B.P。;Teukolsky,美国。;和韦特林。数字的FORTRAN:科学计算的艺术,第二版。英国剑桥:剑桥大学出版社,第469页,1992年。Rusin,D.“已知数学。"http://www.math.niu.edu/~rusin/known-math/96/sturm.斯塔姆,C.“曲面梅云纹解方程数”牛市。法国科学院 11, 1929.

引用的关于Wolfram | Alpha

Sturm函数

引用如下:

埃里克·魏斯坦(Eric W.Weisstein)。“Sturm Function”来自数学世界--Wolfram Web资源。https://mathworld.wolfram.com/SturmFunction.html

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