الحل العددي للمعادلات
| English | العربية |
|---|---|
| root/ruːt/ | جذر |
| numerical method/njuːˈmerɪkl ˈmeθəd/ | طريقة عددية |
| accuracy/ˈækjʊrəsi/ | الصحة |
| sign change/saɪn tʃeɪndʒ/ | تغيير الإشارة |
| iteration/ˌɪtəˈreɪʃn/ | التكرار |
| converge/kənˈvɜːdʒ/ | يتقارب |
| iterative formula/ˈɪtərətɪv ˈfɔːmjʊlə/ | صيغة تكرارية |
| rearrangement/ˌriːəˈreɪndʒmənt/ | إعادة ترتيب |
| diverge/daɪˈvɜːdʒ/ | يتباعد |
الجذر الذي لا يمكنك رؤيته
- بعض المعادلات ليس لها حل جبري منظم. $x^3 + x - 1 = 0$ لا يمكن تحليله إلى عوامل.
- لكنك تعلم أن جذراً موجوداً بين $0$ و $1$ لأن الدالة تغير إشارتها. تتيح لك الطرق العددية إيجادها بدقة whatever.
تحديد موقع الجذر
- لا يمكن حل الكثير من المعادلات بشكل دقيق. الجذر هو الحل.
- تغير الإشارة: إذا كان $f(a)$ و $f(b)$ لهما إشارات متعاكسة (ولا يوجد انقطاع بينهما)، فإن جذراً يقع بين $a$ و $b$.
مثال محلول. $f(x) = x^3 + x - 1$. $f(0) = -1$ (سالب)، $f(1) = 1$ (موجب). تغير إشارة ← جذر بين $0$ و $1$.
تغير الإشارة لا يضمن وجود جذر واحد فقط. قد يكون هناك 3 جذور (أو أي عدد فردي) بين $a$ و $b$. تغير الإشارة يخبرك فقط أنه يوجد على الأقل جذر واحد.

التكرار: خطوة للأعلى نحو المنحنى وعبراً إلى y = x؛ الخطوات تتقارب نحو جذر
أين الجذر؟
y = ax³ + bx² + cx + d
الجذر هو حيث يعبر المنحنى الصفر. التغير في الإشارة في f(x) يحبس جذراً بين قيمتي x.
إذا كانت f(a) و f(b) بإشارات متعاكسة (و f متصلة بينهما)، فإن بين a و b يوجد:
تضمن تغير إشارة دالة متصلة وجود جذر بين a و b.
f(x) = x³ + x − 1. f(0) = −1 و f(1) = 1. بين أي عددين صحيحين يوجد الجذر؟
تغير إشارة بين 0 و 1 (f(0) < 0, f(1) > 0)، لذا الجذر بين 0 و 1.
التكرار
- أعد ترتيب المعادلة على الصورة $x = F(x)$.
- استخدم الصيغة التكرارية $x_{n+1} = F(x_n)$ من تخمين أولي $x_0$.
- إذا استقرّت القيم، فهي تتقارب نحو جذر. استمر حتى تصل إلى الدقة المطلوبة.

التكرار: بدءاً من $x_0$، كل خطوة تطبق $F$ وتعكس في $y = x$. يدور العنكبوت نحو النقطة الثابتة — الجذر.
الصيغة التكرارية تأخذ الشكل:
يُطبق التكرار مراراً x_{n+1} = F(x_n) بدءاً من تخمين أولي.
إذا استقرت قيم التكرار عند عدد ثابت، فقد تآصلت نحو جذر.
التآصل يعني أن المتتالية تقترب من قيمة ثابتة — وهو جذر المعادلة.
باستخدام x_{n+1} = ∛(1 − x_n) مع x₀ = 0، ما قيمة x₁ (2 خانات عشرية)؟
x₁ = ∛(1 − 0) = ∛1 = 1.
مثال محلول — التكرار
- حل $x^3 + x - 1 = 0$ باستخدام $x_{n+1} = \sqrt[3]{1 - x_n}$، بدءاً من $x_0 = 0.5$.
- $x_1 = \sqrt[3]{0.5} = 0.794$, $x_2 = \sqrt[3]{0.206} = 0.591$, $x_3 = \sqrt[3]{0.409} = 0.742$, ...
- تتقارب القيم نحو $x \approx 0.682$.
يتآصل التكرار x_{n+1} = F(x_n) دائماً بغض النظر عن القيمة الابتدائية.
يشترط التآصل أن يكون |F′(x)| < 1 بالقرب من الجذر. إعادة الترتيب السيئة أو القيم الابتدائية الرديئة قد تؤدي إلى التباعد.
اختيار إعادة الترتيب
- ليست جميع إعادة الترتيب تتقارب. التكرار $x_{n+1} = F(x_n)$ يتقارب عندما $|F'(x)| < 1$ قريباً من الجذر.
- إذا تباعدت (القيم تتحرك بعيداً)، جرب إعادة ترتيب مختلفة.
لقد فهمت الأمر
- تغير إشارة لـ $f$ بين $a$ و $b$ يحبس جذراً بينهما
- التكرار: $x_{n+1} = F(x_n)$ من تخمين بداية
- إذا كانت القيم تتقارب (تستقر)، فهي تقترب من جذر
- التقارب يتطلب $|F'(x)| < 1$ قريباً من الجذر