逐步逼近的数学方法
葛维亚
数学逐步逼近的方法是一种解决问题的策略,它涉及到从已知或简单的情况开始,通过一系列的步骤逐渐接近目标或解决方案。也就是通过逐步扩大或缩小范围,逼近目标,最终达到问题所要求的结果。
首先,需要充分理解问题的本质和要求。这可能涉及到对问题的背景、相关概念和已有知识的了解。
其次,要简化问题,尝试将复杂的问题简化,找出其基本结构或组成部分。这有助于更好地把握问题的关键点,并为后续的逐步逼近做好准备。其工作步骤如下:
1. 制定计划:根据问题的特点,制定一个逐步逼近的计划。这个计划应该包括一系列的步骤,每个步骤都应该比前一步更接近解决方案。
2. 实施步骤:按照计划实施每个步骤。在这个过程中,你可能需要不断地调整和完善你的方法,以确保每一步都朝着正确的方向前进。
3. 检查结果:在每一步之后,检查你的结果是否符合预期。如果结果不理想,分析原因并调整下一步的计划。
4. 逼近解决方案:通过不断地实施步骤和检查结果,你将逐渐逼近问题的解决方案。在这个过程中,你可能会遇到各种挑战和困难,但只要坚持下去,就有可能找到问题的答案。
逐步逼近法在解决问题的过程中,使后一步比前一步更接近探索目标,求解过程一般有三种结果:
(1)通过有限步逐步逼近最终达到目标。
(2)通过无限逼近的极限,最终达到目标。
(3)不能最终达到目标,但可以通过多次的逼近,取得对目标的接近而达到一定的要求。
逐步逼近法也是一种化归方法,基本上可分为两类:一类是问题序列的逐步逼近法,另一类是问题解序列逐步逼近法。
递推法就是逐步逼近法的一种。如果具有这种数学形式,即an+p=F(n,an,an+1,…,an+p-1)。当已知序列a1,a2…的最初p项时,就可以算出它所有的项,我们称为递推关系. 一个与自然数有关的数学问题,当某些初始值确定之后,通过递推关系获得全部解决,这种方法称之为递推法. 这个方法是探索数学规律和解题思路的重要方法之一,它在各个数学分支几乎都有重要作用。
递推关系是从很多计数问题中自然产生的,也是递推思想的数学描述. 比如,要求回答: 平面上有n条直线,其中任意两条不平行,任意三条不共点,问这n条直线把平面要成多少个区域? 显然,这n条直线把平面分成的区域数,是由n决定的,是n的函数,记为f(n),其定义域和值域都属于自然数集N. 设平面被n条直线划分的区域为f(n),已知f(1) =2,f(2) =4,f(3) =7,f(4) =11。前面两项容易理解. 当n=2时,即有两条直线l1, l2相交于A1点,这两条相交直线把原来的两区域又分为两部分,即f(2) =f(1) +2,当n=3时,原来两条直线把所添的直线l3分成三段,每一段又把所在的区域分成两部分,即增加3区域,即有f(3) =f(2) +3。
有了前面几项,就可以作递推了,当n=k时,是在n=k-1的基础上作直线lk,与l1,l2,…,lk-1,分别相交于A1,A2,…, Ak-1点,这k-1个点又把lk分成k段,每一段把所在区域分成两部分,即增加了k部分,因而
f(k) =f(k-1) +k
有了上面的关系式,即可进行以下计算。
因 f(k) =f(k-1) +k,令k=1,2,…,n,则有:
f(1) =2
f(2) =f(1) +2
f(3) =f(2) +3
:
:
:
:
:
:
f(n) =f(n-1) +n
将上述n个等式两边相加化简得到
f(n)=2+2+3+…+n=1+(1+2+3+…+n)
递推法的计算是逐步递进的,先求f(0)的值,再由f(0)的值求出f(1)的值,再由f(1)的值求出f(2)的值,…,在数学上就叫递推。
以二阶齐次线性微分方程为例:
y″+py'+qy=0
如果p,q全为常数,称为齐次线性微分方程,否则为二阶变系数齐次线性微方程. 求解二阶常系数微分方程的通解步骤是:
(1)写出微分方程的特征方程 r2(2为平方)+pr+q=0;
(2)求出特征方程的两根r1,r2;
(3)根据特征方程两根的情况,得出微分方程的通解。
需要注意的是,逐步逼近的方法并不是万能的,它的适用性取决于问题本身的特性和复杂性。在某些情况下,这种方法可能不是最有效或最快的解决方案。因此,在应用这种方法时,需要结合具体情况进行判断和调整。
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