Sei q>0 eine reelle Zahl, deren Quadratzahl wir mittels Heron-Verfahren bestimmen wollen. Bei der Analyse der Konvergenz beschränken wir uns auf den Fall eines positiven Startwertes x0>0.
Ist x0<q, so lässt sich zeigen, dass x1>q. Außerdem werden wir sehen, dass die Iterationsfolge für n>1 eine monoton fallende Folge mit der unteren Schrankeq ist, damit konvergiert sie nach Satz 5225A.
i) Sei x0<q, dann gibt es ein d>0 mit x0=q−d. Also d2>0⟹q>q−d2⟹q>(q−d)(q+d)⟹q−dq>q+d⟹−d+q−dq>q⟹q−d+q−dq>2q⟹21(q−d+q−dq)>q⟹x1>q.
ii) Wir zeigen nun q<=xn für n>=1 mittels vollständiger Induktion. Nach i) gilt x1>=q. Sei nun xn>q⟹xn−q>=0⟹(xn−q)2>=0⟹xn2−2qxn+q>=0⟹xn2+q>=2qxn⟹xn+xnq>=2q⟹21(xn+xnq)>=q⟹xn+1>=q. iii) Nach ii) gilt für n>=1: q<=xn⟹q<=xn2⟹xnq<=xn⟹xn+xnq<=2xn⟹21(xn+xnq)<=xn⟹xn+1<=xn. □
Satz (Quadratische Konvergenz der Heronfolge)
Für x0>0 konvergiert die Heronfolge xn+1=21(xn+xnq) quadratisch gegen die Wurzelq.
Beweis
Es gilt xn+1−q=21(xn+xnq)−q=2xn1(xn2+q−2xnq)=2xn1(xn−q)2. Nach Satz C7VC ist xn<=x1 für n>=1, also auch xn+1−q<=2xn1(x1−q)2=2(x1−q)2⋅xn1. Die rechte Seite ist eine Nullfolge und daher ist auch xn+1−q eine Nullfolge (Satz 5225D), womit xn→q gezeigt wurde.
Aus xn+1−q=2xn1(xn−q)2 können wir wegen xn>=q auch xn+1−q≤2q1(xn−q)2 ableiten, womit die quadratische Konvergenz gezeigt ist. □
Hochtechnologie ist im wesentlichen mathematische Technologie.
Enquete-Kommission der Amerikanischen Akademie der Wissenschaften
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