Enunciado

Use o método de Newton com a aproximação inicial x 1 = 1 para achar x 2 , a segunda aproximação da raiz da equação x 4 - x - 1 = 0 . Faça o gráfico da função e da reta tangente no ponto 1 , - 1 . Usando este gráfico explique como o método funciona neste caso.

Passo 1

E aí, galerinha!

Nesse problema foi dada a equação

x 4 - x - 1 = 0

E nosso objetivo é aplicar o método de Newton para encontrar x 2 para x 1 = 1 . Além disso vamos fazer o gráfico da função e da reta tangente no ponto 1 , - 1 e explicar como o método funciona...

Parece complicado?

Para aplicar o método de Newton vamos usar a seguinte formulinha:

x n + 1 = x n - f x n f ' x n

E depois vamos lembrar um pouco da teoria dessa seção para relacionar x 2 com a reta tangente à função em 1 , - 1 .

Veja só!

Passo 2

Vamos começar encontrando a derivada f ' x para montar a formulinha do método...

Se f x = x 4 - x - 1 , pela regra da potencia, temos

f ' x = 4 x 4 - 1 - x 1 - 1 - 1 0

f ' x = 4 x 3 - 1

Com isso, a formulinha do método de Newton fica assim:

x n + 1 = x n - f x n f ' x n

x n + 1 = x n - x n 4 - x n - 1 4 x n 3 - 1

Show? Para x 1 = 1 , temos que x 2 é dado por

x 1 + 1 = x 2 = x 1 - x 1 4 - x 1 - 1 4 x 1 3 - 1

x 2 = 1 - 1 4 - 1 - 1 4 . 1 3 - 1 = 1 - - 1 3

x 2 = 4 3

Tranquilo até aqui?

Passo 3

Vamos achar a reta tangente para poder traçar ela, temos dois pontos 1 , - 1 e 4 3 , 0 , vamos então jogar os dois pontos na fórmula da reta para achar a inclinação:

y - y 0 = m x - x 0 → 0 - - 1 = m 4 3 - 1

1 = m 1 3

m = 3

Pronto, já temos a equação da reta:

y - - 1 = 3 x - 1

y = - 1 + 3 x - 1 = - 1 + 3 x - 3

y = - 4 + 3 x

Show?

Passo 4

Vamos agora ver o gráfico:

O gráfico mostra a geometria atrás do método de Newton, como f ' 1 = 3 , a reta tangente y = x 4 - x - 1 em 1 , - 1 tem equação igual a y = - 4 + 3 x , e o zero dessa reta está na aproximação x 2 = 4 3 .

E aí! entendeu tudo? Responde Aí!

Resposta

x 2 = 4 3

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