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과학

뉴턴 방법

뉴턴 방법과학
영문명
Newton method
다른 이름
뉴턴 랩슨 방법
목표
f(x) = 0의 근 계산
필요한 계산
함숫값과 미분값
뉴턴 방법은 현재 근삿값에서 함수의 접선을 이용해 방정식의 근을 반복적으로 찾는 수치 계산법이다. 뉴턴 랩슨 방법이라고도 한다. 미분값을 사용하여 다음 근삿값을 정하며 함수의 형태와 시작점에 따라 결과가 달라진다.

접선의 영점을 다음 값으로 쓴다

현재 값이 x일 때 접선은 f(x)+f′(x)(z-x)로 쓸 수 있다. 이 접선이 0이 되는 z를 구하면 다음 값 x-f(x)/f′(x)를 얻는다. 함수 곡선 전체를 직선으로 바꾸는 것이 아니라 매 단계 현재 지점에서 다시 접선을 구한다.

제곱근을 계산하는 예

f(x) = x²-3이면 반복식은 (x+3/x)/2다. 시작값을 2로 정하면 다음 값은 1.75다. 다시 계산하면 약 1.732142857이고 한 번 더 계산하면 약 1.732050810이다. 양의 제곱근에 가까워진 이 결과는 이 함수와 시작값에 대한 계산이다.

시작점이 결과를 바꾼다

같은 제곱근 예에서 음수로 시작하면 음의 근으로 갈 수 있다. x = 0에서는 미분값이 0이므로 기본 반복식을 사용할 수 없다. 다른 함수에서는 순환도 가능하다. f(x) = x³-2x+2에서 0으로 시작하면 다음 값은 1, 그다음은 다시 0이 된다.

정지 조건도 검토한다

연속된 두 근삿값의 차이만 보는 것과 최종 함숫값의 크기를 보는 것은 다르다. 정밀도 부족으로 값이 더 변하지 않는 상황도 구분한다. 원하는 근의 범위, 정의역, 잔차와 반복 횟수를 함께 확인하며 모든 시작점에서 수렴한다고 가정하지 않는다.

관련 문서

미분 / 접선 / 함수 / 후진 오일러 방법 / 예측 수정법 / 부동 소수점