المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر المرجع الالكتروني للمعلوماتية


Sturm Function  
  
796   04:41 مساءً   date: 14-12-2021
Author : Acton, F. S
Book or Source : Numerical Methods That Work, 2nd printing. Washington, DC: Math. Assoc. Amer
Page and Part : ...


Read More
Date: 10-12-2021 781
Date: 12-12-2021 720
Date: 7-12-2021 448

Sturm Function

Given a function f(x)=f_0(x), write  and define the Sturm functions by

 f_n(x)=-{f_(n-2)(x)-f_(n-1)(x)[(f_(n-2)(x))/(f_(n-1)(x))]},

(1)

where [P(x)/Q(x)] is a polynomial quotient. Then construct the following chain of Sturm functions,

f_0 = q_0f_1-f_2

(2)

f_1 = q_1f_2-f_3

(3)

f_2 = q_2f_3-f_4

(4)

|

(5)

f_(s-2) = q_(s-2)f_(s-1)-f_s,

(6)

known as a Sturm chain. The chain is terminated when a constant -f_s(x) is obtained.

Sturm functions provide a convenient way for finding the number of real roots of an algebraic equation with real coefficients over a given interval. Specifically, the difference in the number of sign changes between the Sturm functions evaluated at two points x=a and x=b gives the number of real roots in the interval (a,b). This powerful result is known as the Sturm theorem. However, when the method is applied numerically, care must be taken when computing the polynomial quotients to avoid spurious results due to roundoff error.

SturmFunction

As a specific application of Sturm functions toward finding polynomial roots, consider the function f_0(x)=x^5-3x-1, plotted above, which has roots -1.21465-0.3347340.0802951+/-1.32836i, and 1.38879 (three of which are real). The derivative is given by , and the Sturm chain is then given by

f_0 = x^5-3x-1

(7)

f_1 = 5x^4-3

(8)

f_2 = 1/5(12x+5)

(9)

f_3 = (59083)/(20736).

(10)

The following table shows the signs of f_i and the number of sign changes Delta obtained for points separated by Deltax=2.

x f_0 f_1 f_2 f_3 Delta
-2 -1 1 -1 1 3
0 -1 -1 1 1 1
2 1 1 1 1 0

This shows that 3-1=2 real roots lie in (-2,0), and 1-0=1 real root lies in (0,2). Reducing the spacing to Deltax=0.5 gives the following table.

x f_0 f_1 f_2 f_3 Delta
-2.0 -1 1 -1 1 3
-1.5 -1 1 -1 1 3
-1.0 1 1 -1 1 2
-0.5 1 -1 -1 1 2
0.0 -1 -1 1 1 1
0.5 -1 -1 1 1 1
1.0 -1 1 1 1 1
1.5 1 1 1 1 0
2.0 1 1 1 1 0

This table isolates the three real roots and shows that they lie in the intervals (-1.5,-1.0)(-0.5,0.0), and (1.0,1.5). If desired, the intervals in which the roots fall could be further reduced.

The Sturm functions satisfy the following conditions:

1. Two neighboring functions do not vanish simultaneously at any point in the interval.

2. At a null point of a Sturm function, its two neighboring functions are of different signs.

3. Within a sufficiently small interval surrounding a zero point of f_0(x)f_1(x) is everywhere greater than zero or everywhere smaller than zero.


REFERENCES:

Acton, F. S. Numerical Methods That Work, 2nd printing. Washington, DC: Math. Assoc. Amer., p. 334, 1990.

Dörrie, H. "Sturm's Problem of the Number of Roots." §24 in 100 Great Problems of Elementary Mathematics: Their History and Solutions. New York: Dover, pp. 112-116, 1965.

Press, W. H.; Flannery, B. P.; Teukolsky, S. A.; and Vetterling, W. T. Numerical Recipes in FORTRAN: The Art of Scientific Computing, 2nd ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, p. 469, 1992.

Rusin, D. "Known Math." http://www.math.niu.edu/~rusin/known-math/96/sturm.

Sturm, C. "Mémoire sur la résolution des équations numériques." Bull. des sciences de Férussac 11, 1929.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.