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과학

이분법

이분법과학
영문명
Bisection method
필요 정보
초기 구간과 양 끝의 함숫값
구간 축소
반복마다 절반
기본 조건
연속성과 끝점의 부호 변화
이분법은 함수의 근을 포함하는 구간을 절반씩 줄이는 수치 계산법이다. 구간에서 연속인 실함수의 양 끝값이 서로 다른 부호라는 조건을 이용한다. 미분값 없이 근을 좁혀 갈 수 있지만 연속성과 부호 변화 조건을 확인해야 한다.

근이 남는 절반을 선택한다

구간 [a,b]의 중점 c에서 함숫값을 구한다. f(c)가 0이면 근을 찾았다. 그렇지 않으면 [a,c]와 [c,b] 중 양 끝의 부호가 다른 구간을 남긴다. 연속성 때문에 그 구간에는 적어도 하나의 근이 있다. 근이 하나뿐이라는 뜻은 아니다.

구간을 줄이는 계산 예

f(x) = x²-5를 [2,3]에서 살펴보자. 끝값은 -1과 4다. 중점 2.5의 값이 1.25이므로 [2,2.5]를 남긴다. 다음 중점 2.25의 값도 양수여서 [2,2.25]가 된다. 중점 2.125의 값은 음수이므로 세 번 줄인 구간은 [2.125,2.25]다.

구간 폭으로 오차를 제한한다

초기 구간 폭이 1이면 열 번 절반으로 줄인 뒤 폭은 1/1024다. 이 최종 구간의 중점을 근삿값으로 택하면 구간 안의 근까지 거리는 최대 1/2048이다. 이는 함숫값 자체의 오차 제한이 아니라 x축에서의 거리 제한이다.

부호 변화만으로는 부족하다

1/x는 -1과 1에서 부호가 다르지만 그 사이에서 연속이 아니며 0이 되는 값도 없다. 반대로 x²는 0이라는 근이 있어도 [-1,1]의 양 끝 부호가 같다. 이분법의 조건이 맞지 않는다는 사실과 근이 없다는 판단은 구별한다.

관련 문서

뉴턴 방법 / 함수 / 연속 함수 / 중간값 정리 / 부동 소수점 / 미분