Das Newton-Verfahren
Du fragst dich vermutlich, wieso diese allgemeine Formel des Newton-Verfahrens überhaupt gilt und wie man darauf gekommen ist. Also schauen wir uns doch gleich einmal die Herleitung an;sie ist auch gar nicht so schwierig.
Herleitung der Iterationsformel
Die Iterationsformel des Newtonverfahrens kann an Hand der folgenden Zeichnung ganz leicht hergeleitet werden.
Abb.:Zur Herleitung der Iterationsformel des Newton-Verfahrens
Von , dem zuletzt berechneten Näherungswert für die gesuchte Nullstelle a der Funktion , geht man hoch zum Graphen zu dem Kurvenpunkt . Dieser Punkt hat die Koordinaten . In wird die Tangente an eingezeichnet. Die Nullstelle dieser Tangente ergibt den nächsten Näherungswert . Durch die Punkte und ist ein rechtwinkliges Dreieck festgelegt. (In der Abbildung oben rosa eingezeichnet.) Seine Katheten haben die Längen und . Des Weiteren ist der Winkel eingezeichnet. Wie du hoffentlich weißt, gilt im rechtwinkligen Dreieck die Formel . Bezüglich des Winkels ist die Gegenkathete und die Ankathete. liegt schließlich gegenüber von und liegt direkt an d´ran. Somit gilt hier:
Der Winkel ist der Schnittwinkel zwischen eingezeichneter Tangente und x-Achse, also der sogenannte Neigungswinkel der Tangente. Für den Neigungswinkel einer Geraden gilt die Formel . Dabei steht m für die Steigung der Geraden. In unserem Fall ist die Gerade die Tangente an im Kurvenpunkt . Ihre Steigung m kann mit der ersten Ableitung der Funktion an der Stelle berechnet werden:
Daher gilt:
In den Formeln I. und II. steht jeweils auf der linken Seite der Ausdruck . Daher können wir die Ausdrücke, die jeweils auf der rechten Seite von I. bzw. II. stehen, gleich setzen:
Wenn man diese Gleichung nach auflöst, erhält man die Iterationsvorschrift des Newton-Verfahrens.
Das ist genau die bereits weiter oben gezeigte Iterationsvorschrift des Newton-Verfahrens. Nun müsste dir klar sein, warum diese Formel stimmt.
Alternative Schreibweise der Iterationsvorschrift
In manchen Büchern bzw. von manchen Lehrern wird auch die folgende Schreibweise der Iterationsvorschrift des Newton-Verfahrens verwendet:
mit n ℕ
Im Prinzip bedeuten beide gezeigten Iterationsvorschriften das Gleiche;sie unterscheiden sich allerdings in der Schreibweise der Indices (das sind die kleinen, tiefer gestellten „Zahlen“).
Bei der zuerst gezeigten Form gilt für den Index n ;der Index n durchläuft dabei also alle natürlichen Zahlen einschließlich der Zahl Null.