Dossier " Résolution d’une équation par la méthode dichotomique"
I) Présentation du problème
Il n´est pas toujours facile de calculer les racines d´une équation même si celle-ci est de la forme :
f(x) = 0
La méthode dichotomique permet de trouver une valeur approchée d´une racine de l´équation ci-dessus. Si nous nous plaçons dans un intervalle où la fonction f est continue strictement monotone et les valeurs de la fonction aux bornes de l´intervalle sont de signes opposés, nous savons que cette équation admet une unique solution. Le principe est de diviser l´intervalle en deux parties égales, l´un des deux intervalles a les mêmes propriétés.
II) Cahier des charges
Cet automate sera écrit en langage C ( celui de Borland) par un binôme d´étudiants, à partir d´un document établi par G. Desenfant. Le délai de réalisation sera d´un mois. Cet automate sera utilisable sur un micro-ordinateur PC.
III) Analyse
1) Analyse mathématique
Nous avons à résoudre l´équation f(x) = 0 où f est une application continue et strictement monotone sur un intervalle [a ; b]. De plus sur cet intervalle, l´équation admet une unique solution notée x0. Donc, f(a) et f(b) sont de signe contraire.
Soit c le milieu de l´intervalle. Si f(a) * f(c) est positif, l´intervalle [c ; b] est tel que f est continue et strictement monotone sur cet intervalle et les valeurs de la fonction aux bornes de l´intervalle sont de signe opposé, donc on peut prendre pour nouvel intervalle [c ; b]. Dans le cas contraire, l´intervalle [a ; c] est tel que f est continue et strictement monotone sur cet intervalle et les valeurs de la fonction aux bornes de l´intervalle sont de signe opposé, donc on peut prendre pour nouvel intervalle [a ; c]. Nous définissons, ainsi, une suite d´intervalles [an ; bn]. Si nous notons a0, la borne inférieure a de l´intervalle initial et b0, la borne supérieure ( b)., nous remarquons que :
( bn - an) = ( b - a) / 2n
Ces intervalles " convergent" vers la solution de l´équation. L´erreur est majorée par : bn - an
De plus, nous recherchons une valeur approchée de l´équation à un * près ( * sera une puissance négative de 10).
2) Analyse informatique
L´algorithme est simple, il suffit d´introduire toutes les valeurs souhaitées ( a, b, *), prendre pour première valeur de la suite le milieu du segment [a ; b] puis lancer le calcul de la suite des intervalles. On s´arrête lorsque l´intervalle a une longueur inférieure à *. En saisissant a et b, il faut vérifier que le produit de f(a) par f(b) est négatif strictement. Nous ne pouvons pas vérifier que la fonction est monotone sur cet intervalle… Pour plus de clarté, nous vérifierons que a est strictement plus petit que b ( ce qui n’est pas . indispensable).
La suite récurrente d´intervalles est calculée selon le signe du produit f(a) * f(c) ( où c est le milieu de l´intervalle précèdent). Si ce produit est positif, l´intervalle devient [c ; b], ou on remplace a par c. Si ce produit est négatif, on remplace b par c.
Nous ne demanderons pas * mais le nombre de chiffres après la virgule que nous voulons pour approcher la racine. Ce nombre de chiffres est noté p ( p est un entier compris entre 1 et 10). Nous calculons 10-p en multipliant p fois 0.1.
L´expression de la fonction f est entrée au préalable.