Métodos iterativos óptimos para la determinación de órbitas de satélites

En esta tesis se introducen los conceptos y herramientas que se utilizan en el estudio de la dinámica de los métodos iterativos. Se muestra la importancia de incluir este estudio, y no solamente el orden de convergencia, a la hora de analizar una familia de métodos iterativos, y también a la hora de establecer criterios para seleccionar los mejores miembros de dicha familia. Se estudia en particular la dinámica de la familia de métodos iterativos de King aplicados a la resolución de un problema real, como es la determinación preliminar de las órbitas de satélites.García Maimo, J. (2014). Métodos iterativos óptimos para la determinación de órbitas de satélites. http://hdl.handle.net/10251/51119Archivo delegad

Multidimensional stability analysis of a family of bi-parametric iterative methods

[EN] In this paper, we present a multidimensional real dynamical study of the Ostrowsky-Chun family of iterative methods to solve systems of nonlinear equations. This family was defined initially for solving scalar equations but, in general, scalar methods can be transferred to make them suitable to solve nonlinear systems. The complex dynamical behavior of the rational operator associated to a scalar method applied to low-degree polynomials has shown to be an efficient tool for analyzing the stability and reliability of the methods. However, a good scalar dynamical behavior does not guarantee a good one in multidimensional case. We found different real intervals where both parameters can be defined assuring a completely stable performance and also other regions where it is dangerous to select any of the parameters, as undesirable behavior as attracting elements that are not solution of the problem to be solved appear. This performance is checked on a problem of chemical wave propagation, Fisher's equation, where the difference in numerical results provided by those elements of the class with good stability properties and those showed to be unstable, is clear.This research was partially supported by Ministerio de Economia y Competitividad MTM2014-52016-C02-2-P and FONDOCYT 2014-1C1-088 Republica Dominicana.Cordero Barbero, A.; García-Maimo, J.; Torregrosa Sánchez, JR.; Vassileva, MP. (2017). Multidimensional stability analysis of a family of bi-parametric iterative methods. Journal of Mathematical Chemistry. 55(7):1461-1480. https://doi.org/10.1007/s10910-016-0724-6S14611480557A. Cordero, J. García-Maimó, J.R. Torregrosa, M.P. Vassileva, Solving nonlinear problems by Ostrowski-Chun type parametric families. J. Math. Chem. 53, 430–449 (2015)Á.A. Magreñán, Different anomalies in a Jarratt family of iterative root-finding methods. Appl. Math. Comput. 233, 29–38 (2014)B. Neta, C. Chun, M. Scott, Basins of attraction for optimal eighth order methods to find simple roots of nonlinear equations. Appl. Math. Comput. 227, 567–592 (2014)A. Cordero, J. García-Maimó, J.R. Torregrosa, M.P. Vassileva, P. Vindel, Chaos in King’s iterative family. Appli. Math. Lett. 26(8), 842–848 (2013)A. Cordero, J.R. Torregrosa, F. Soleymani, Dynamical analysis of iterative methods for nonlinear systems or how to deal with the dimension? Appl. Math. Comput. 244, 398–412 (2014)R.C. Robinson, An introduction to dynamical systems, continous and discrete (Americal Mathematical Society, Providence, 2012)A. Cordero, J. García-Maimó, J.R. Torregrosa, M.P. Vassileva, Stability of a fourth order bi-parametric family of iterative methods. Journal of Computational and Applied Mathematics (2016). doi: 10.1016/j.cam.2016.01.013R.A. Fisher, The wave of advance of advantageous genes. Ann. Eugenics 7, 353–369 (1937)M. Abad, A. Cordero, J.R. Torregrosa, A family of seventh-order schemes for solving nonlinear systems. Bull. Math. Soc. Sci. Math. Roumanie 57(105), 133–145 (2014)D. Budzko, A. Cordero, J.R. Torregrosa, A new family of iterative methods widening areas of convergence. Appl. Math. Comput. 252, 405–417 (2015)A. Magreñan, A new tool to study real dynamics: the convergence plane. Appl. Math. Comput. 248, 215–224 (2014

Stability anomalies of some jacobian-free iterative methods of high order of convergence

[EN] In this manuscript, we design two classes of parametric iterative schemes to solve nonlinear problems that do not need to evaluate Jacobian matrices and need to solve three linear systems per iteration with the same divided difference operator as the coefficient matrix. The stability performance of the classes is analyzed on a quadratic polynomial system, and it is shown that for many values of the parameter, only convergence to the roots of the problem exists. Finally, we check the performance of these methods on some test problems to confirm the theoretical results.This research was partially supported by Ministerio de Economia y Competitividad under grants PGC2018-095896-B-C22, Generalitat Valenciana PROMETEO/2016/089 and FONDOCYT 027-2018 and 029-2018, Dominican Republic.Cordero Barbero, A.; García-Maimo, J.; Torregrosa Sánchez, JR.; Vassileva, MP. (2019). Stability anomalies of some jacobian-free iterative methods of high order of convergence. Axioms. 8(2):1-15. https://doi.org/10.3390/axioms8020051S11582Frontini, M., & Sormani, E. (2004). Third-order methods from quadrature formulae for solving systems of nonlinear equations. Applied Mathematics and Computation, 149(3), 771-782. doi:10.1016/s0096-3003(03)00178-4Homeier, H. H. . (2004). A modified Newton method with cubic convergence: the multivariate case. Journal of Computational and Applied Mathematics, 169(1), 161-169. doi:10.1016/j.cam.2003.12.041Aslam Noor, M., & Waseem, M. (2009). Some iterative methods for solving a system of nonlinear equations. Computers & Mathematics with Applications, 57(1), 101-106. doi:10.1016/j.camwa.2008.10.067Xiao, X., & Yin, H. (2015). A new class of methods with higher order of convergence for solving systems of nonlinear equations. Applied Mathematics and Computation, 264, 300-309. doi:10.1016/j.amc.2015.04.094Cordero, A., & Torregrosa, J. R. (2007). Variants of Newton’s Method using fifth-order quadrature formulas. Applied Mathematics and Computation, 190(1), 686-698. doi:10.1016/j.amc.2007.01.062Darvishi, M. T., & Barati, A. (2007). A third-order Newton-type method to solve systems of nonlinear equations. Applied Mathematics and Computation, 187(2), 630-635. doi:10.1016/j.amc.2006.08.080Sharma, J. R., Guha, R. K., & Sharma, R. (2012). An efficient fourth order weighted-Newton method for systems of nonlinear equations. Numerical Algorithms, 62(2), 307-323. doi:10.1007/s11075-012-9585-7Narang, M., Bhatia, S., & Kanwar, V. (2016). New two-parameter Chebyshev–Halley-like family of fourth and sixth-order methods for systems of nonlinear equations. Applied Mathematics and Computation, 275, 394-403. doi:10.1016/j.amc.2015.11.063Behl, R., Sarría, Í., González, R., & Magreñán, Á. A. (2019). Highly efficient family of iterative methods for solving nonlinear models. Journal of Computational and Applied Mathematics, 346, 110-132. doi:10.1016/j.cam.2018.06.042Amorós, C., Argyros, I., González, R., Magreñán, Á., Orcos, L., & Sarría, Í. (2019). Study of a High Order Family: Local Convergence and Dynamics. Mathematics, 7(3), 225. doi:10.3390/math7030225Argyros, I., & González, D. (2015). Local Convergence for an Improved Jarratt-type Method in Banach Space. International Journal of Interactive Multimedia and Artificial Intelligence, 3(4), 20. doi:10.9781/ijimai.2015.344Sharma, J. R., & Gupta, P. (2014). An efficient fifth order method for solving systems of nonlinear equations. Computers & Mathematics with Applications, 67(3), 591-601. doi:10.1016/j.camwa.2013.12.004Cordero, A., Gutiérrez, J. M., Magreñán, Á. A., & Torregrosa, J. R. (2016). Stability analysis of a parametric family of iterative methods for solving nonlinear models. Applied Mathematics and Computation, 285, 26-40. doi:10.1016/j.amc.2016.03.021Cordero, A., Soleymani, F., & Torregrosa, J. R. (2014). Dynamical analysis of iterative methods for nonlinear systems or how to deal with the dimension? Applied Mathematics and Computation, 244, 398-412. doi:10.1016/j.amc.2014.07.010Cordero, A., Hueso, J. L., Martínez, E., & Torregrosa, J. R. (2009). A modified Newton-Jarratt’s composition. Numerical Algorithms, 55(1), 87-99. doi:10.1007/s11075-009-9359-zArgyros, I., & George, S. (2015). Ball Convergence for Steffensen-type Fourth-order Methods. International Journal of Interactive Multimedia and Artificial Intelligence, 3(4), 37. doi:10.9781/ijimai.2015.347Chicharro, F. I., Cordero, A., & Torregrosa, J. R. (2013). Drawing Dynamical and Parameters Planes of Iterative Families and Methods. The Scientific World Journal, 2013, 1-11. doi:10.1155/2013/78015

Análisis dinámico y numérico de familias de métodos iterativos para la resolución de ecuaciones no lineales y su extensión a espacios de Banach

Since the appearance of Newton-Rapshon's method more than 300 years ago, iterative methods have become almost unassailable in most branches of science. The development of computing has made it possible to solve problems of increasing complexity, and this has been accompanied by the need for more efficient and reliable methods. Several tools of discrete dynamics can be used to perform a dynamic analysis of methods and families of iterative methods for solving equations and nonlinear systems, with the aim of extracting information about their stability and classifying them. In this memory a biparametric family of iterative methods is designed that contains the schemes of Ostrowski and Chun as particular cases. The convergence of the family is analyzed and extended to make it suitable for the resolution of systems of nonlinear equations. Dynamic tools are used and developed to carry out a scalar and multivariate study, and problems are solved applied to verify the results of the dynamic study. Finally, the semilocal convergence in Banach spaces of the Chun method is determined. Chapter 2 sets out the basic concepts from which the rest of the chapters will be developed. The Newton method and its derivative free version, the Steffensen method, are transferred to the multivariable case, and the tools of complex and real dynamics are applied to them. In the Chapter 3 a dynamic study of King's family of iterative methods is performed for the resolution of nonlinear equations. The family is applied on a generic quadratic polynomial, and members with a more stable behavior are selected. In the Chapter 4 a biparametric family of iterative methods is designed combining the methods of Ostrowski and Chun and an extension of the family to the multivariable case is done by the use of the operator divided differences. Numerical tests are performed on academic problems and applied to confirm the theoretical results. In the Chapter 5 a dynamic study of the Ostrowski-Chun biparametric family is made and the most stable members are applied to the solution of the Bratu equation, whereas in Chapter 6 a real dynamic study of the family is made in the multivariable case, and in this case the most stable members apply to the resolution of Fischer's equation. In the Chapter 7 the semilocal convergence of the well-known method of Chun, member of the Ostrowski-Chun family, is proved, and the results obtained in the resolution of an integral Hammerstein-type equation are proved. Finally, conclusions and open lines of research are presented.Desde la aparición del método de Newton-Rapshon hace más de 300 años los métodos iterativos se han hecho poco menos que imprescindibles en la mayoría de las ramas de la ciencia. El desarrollo de la computación ha permitido resolver problemas de complejidad cada vez mayor, y este hecho ha venido acompañado de la necesidad de disponer de métodos más eficientes y fiables. Varias herramientas de la dinámica discreta se pueden utilizar para realizar un análisis dinámico de métodos y familias de métodos iterativos para la resolución de ecuaciones y sistemas no lineales, con el objetivo de extraer información sobre su estabilidad y clasificarlos. En esta Tesis Doctoral se diseña una familia biparamétrica de métodos iterativos que contiene los esquemas de Ostrowski y Chun como casos particulares. Se analiza la convergencia de la familia y se extiende para hacerla apta para la resolución de sistemas de ecuaciones no lineales. Se utilizan y desarrollan herramientas dinámicas para llevar a cabo un estudio escalar y multivariable, y se resuelven problemas aplicados para comprobar los resultados del estudio dinámico. Finalmente, se determina la convergencia semilocal en espacios de Banach del método de Chun. En el Capítulo 2 se exponen los conceptos básicos a partir de los cuales se van a desarrollar el resto de capítulos. Se transfieren al caso multivariable el método de Newton y su versión libre de derivada, el método de Steffensen, y se van aplicando sobre ellos las herramientas de la dinámica compleja y de la real. En el Capítulo 3 se realiza un estudio dinámico de la familia de métodos iterativos de King para la resolución de ecuaciones no lineales. Se aplica la familia sobre un polinomio cuadrático genérico, y se seleccionan los miembros que presentan un comportamiento más estable. En el Capítulo 4 se diseña una familia biparamétrica de métodos iterativos combinando los métodos de Ostrowski y Chun y se hace una extensión de la familia al caso multivariable mediante el uso del operador diferencias divididas. Se realizan pruebas numéricas en problemas académicos y aplicados para confirmar los resultados teóricos. En el Capítulo 5 se hace un estudio dinámico de la familia biparamétrica de Ostrowski-Chun y se aplican los miembros más estables a la solución de la ecuación de Bratu, mientras que en el Capítulo 6 se hace un estudio dinámico real de la familia en el caso multivariable, y en este caso los miembros más estables se aplican a la resolución de la ecuación de Fischer. En el Capítulo 7 se prueba la convergencia semilocal del conocido método de Chun, miembro de la familia de Ostrowski-Chun, y se comprueban los resultados obtenidos en la resolución de una ecuación integral de tipo Hammerstein. Finalmente, se presentan las conclusiones y las líneas abiertas de investigaciónDes de l'aparició del mètode de Newton-Rapshon fa més de 300 anys els mètodes iteratius s'han fet poc menys que imprescindibles en la majoria de les branques de la ciència. El desenvolupament de la computació ha permès resoldre problemes de complexitat cada vegada més gran, i aquest fet ha vingut acompanyat de la necessitat de disposar de mètodes més eficients i fiables. Diverses eines de la dinàmica discreta es poden utilitzar per realitzar una anàlisi dinàmica de mètodes i famílies de mètodes iteratius per a la resolució d'equacions i sistemes no lineals, amb l'objectiu d'extreure informació sobre la seva estabilitat i classificar-los. En aquesta tesi doctoral es dissenya una família biparamétrica de mètodes iteratius que conté els esquemes de Ostrowski i Chun com casos particulars. S'analitza la convergència de la família i s'estén per fer-la apta per a la resolució de sistemes d'equacions no lineals. S'utilitzen i desenvolupen eines dinàmiques per dur a terme un estudi escalar i multivariable, i es resolen problemes aplicats per comprovar els resultats de l'estudi dinàmic. Finalment, es determina la convergència semilocal en espais de Banach del mètode de Chun. En el capítol 2 s'exposen els conceptes bàsics a partir dels quals es desenvoluparan la resta de capítols. Es transfereixen al cas multivariable el mètode de Newton i la seva versió lliure de derivada, el mètode de Steffensen, i es van aplicant sobre ells les eines de la dinàmica complexa i de la real. En el capítol 3 es realitza un estudi dinàmic de la família de mètodes iteratius de King per a la resolució d'equacions no lineals. S'aplica la família sobre un polinomi quadràtic genèric, i se seleccionen els membres que presenten un comportament més estable. En el capítol 4 es dissenya una família biparamétrica de mètodes iteratius combinant els mètodes d'Ostrowski i Chun i es fa una extensió de la família al cas multivariable mitjançant l'ús de l'operador diferències dividides. Es realitzen proves numèriques en problemes acadèmics i aplicats per confirmar els resultats teòrics. En el capítol 5 es fa un estudi dinàmic de la família biparamétrica d'Ostrowski-Chun i s'apliquen els membres més estables a la solució de l'equació de Bratu, mentre que en el capítol 6 es fa un estudi dinàmic real de la família en el cas multivariable, i en aquest cas els membres més estables s'apliquen a la resolució de l'equació de Fischer. En el capítol 7 es prova la convergència semilocal del conegut mètode de Chun, membre de la família de Ostrowski-Chun, i es comproven els resultats obtinguts en la resolució d'una equació integral de tipus Hammerstein. Finalment, es presenten les conclusions i les línies obertes d'investigació.García Maimo, J. (2017). Análisis dinámico y numérico de familias de métodos iterativos para la resolución de ecuaciones no lineales y su extensión a espacios de Banach [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/91483TESI