Ejercicio: bisección a mano

Seis iteraciones de bisección para cos²x−x=0 en [0,1], con la cadena de intervalos, la cota de error en cada paso y la predicción del número de iteraciones necesarias.

Resolución

EjemploBisección en [0,1]

Aproximar la raíz de f(x)=cos2xxf(x)=\cos^2 x-x en [0,1][0,1] con seis iteraciones de bisección.

  1. Comprobación inicial: f(0)=1>0f(0)=1>0 y f(1)=cos211=0.708<0f(1)=\cos^2 1-1=-0.708<0, así que el teorema de Bolzano garantiza una raíz en (0,1)(0,1).

  2. m1=0.5m_1=0.5: f(0.5)=0.270>0f(0.5)=0.270>0, mismo signo que en 00 → raíz en [0.5,1][0.5,\,1].

  3. m2=0.75m_2=0.75: f(0.75)=0.215<0f(0.75)=-0.215<0 → raíz en [0.5,0.75][0.5,\,0.75].

  4. m3=0.625m_3=0.625: f(0.625)=0.033>0f(0.625)=0.033>0 → raíz en [0.625,0.75][0.625,\,0.75].

  5. m4=0.6875m_4=0.6875: f=0.090<0f=-0.090<0[0.625,0.6875][0.625,\,0.6875]. m5=0.65625m_5=0.65625: f=0.029<0f=-0.029<0[0.625,0.65625][0.625,\,0.65625]. m6=0.640625m_6=0.640625: f=0.002>0f=0.002>0[0.640625,0.65625][0.640625,\,0.65625].

  6. La cota de error tras 6 iteraciones es ba27=1128=0.0078\frac{b-a}{2^{7}}=\frac{1}{128}=0.0078; de hecho m6=0.640625m_6=0.640625 dista de α=0.641714\alpha=0.641714 apenas 0.00110.0011.

Con la cota de error se puede predecir el coste de más precisión: para ε=109\varepsilon=10^{-9} harían falta k>log2(109)129k>\log_2(10^9)-1\approx 29 iteraciones. Compárese con las 5 de Newton para la misma ecuación.