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A quadratically convergent method for computing simple singular roots and its application to determining simple bifurcation points

Ein quadratisch konvergentes Verfahren zur Berechnung einfacher singulärer Nullstellen und dessen Anwendung zur Bestimmung einfacher Bifurkationspunkte

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Abstract

We present an efficient method for computing roots of mappings on ℝn in the case where the Jacobian has the rankn−1 at the root. For the accurate determination of such a rootx*∈ℝn an auxiliary system ofn equations inn+1 variables is constructed which possesses (x *, 1) as a turning point. This turning point can be computed by direct methods. We use an adapted method which requires only the solution of (n+1)-dimensional systems of linear equations and the evaluation of one Jacobian and 5 function values per step. This techniques is successfully applied to compute simple bifurcation points by means of a suitable system of nonlinear equations which has the properties mentioned above.

Zusammenfassung

Es wird ein effektives Verfahren zur Lösung nichtlinearer Gleichungssysteme hergeleitet, wobei die Jacobi-Matrix im Lösungspunktx*∈ℝn einen Rangabfall von 1 besitzt. Dem gegebenen Gleichungssystem der Dimensionn wird ein Hilfsproblem inn+1 Variablen zugeordnet, das den Rückkehrpunkt (x *, 1) besitzt. Die Bestimmung von (x *, 1) erfolgt mit einem angepaßten Verfahren, das ohne die Berechnung zweier Ableitungen auskommt und nur die Lösung linearer Gleichungssysteme der Dimensionn+1 erfordert. Das angegebene Prinzip wird erfolgreich zur Bestimmung einfacher Bifurkationspunkte eingesetzt, die sich als Lösungen nichtlinearer Gleichungssysteme mit singulären Jacobi-Matrizen charakterisieren lassen.

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References

  1. Allgower, E. L., Glashoff, K., Peitgen, H. O. (eds.): Numerical solution of nonlinear equations (Lect. Notes in Math., Vol. 878). New York: Springer 1981.

    Google Scholar 

  2. Crandall, M. C., Rabinowitz, P. H.: Bifurcation from simple eigenvalues. J. Funct. Anal.8, 321–340 (1971).

    Google Scholar 

  3. Decker, D. W., Kelley, C. T.: Newton's method at singular points. SIAM J. Numer. Anal.17, 66–70 (1980).

    Google Scholar 

  4. Gay, D.: Modifying singular values, existence of solutions to systems of nonlinear equations having a possibly singular Jacobian matrix. Math. Comp.31, 962–973 (1977).

    Google Scholar 

  5. Melhelm, R. G., Rheinboldt, W. C.: A comparison of methods for determining turning points of nonlinear equations. Computing29, 201–226 (1982).

    Google Scholar 

  6. Mittelmann, H. D., Weber, H.: Numerical methods for bifurcation problems — a survey and classification. In: Bifurcation problems and their numerical solution (Mittelmann, H. D., Weber, H., eds.), pp. 1–45 (ISNM 45). Basel: Birkhäuser 1980.

    Google Scholar 

  7. Moore, G.: The numerical treatment of non-trivial bifurcation points. Numer. Funct. Anal. Optimiz.2, 441–471 (1980).

    Google Scholar 

  8. Moore, G., Spence, A.: The calculation of turning points of nonlinear equations. SIAM J. Numer. Anal.17, 567–576 (1980).

    Google Scholar 

  9. Pönisch, G.: Ein implementierbares ableitungsfreis Verfahren zur Bestimmung von Rückkehrpunkten implizit definierter Raumkurven. Beiträge zur Numer. Math.9, 147–160 (1981).

    Google Scholar 

  10. Pönisch, G., Schwetlick, H.: Computing turning points of curves implicitly defined by nonlinear equations depending on a parameter. Computing26, 107–121 (1981).

    Google Scholar 

  11. Pönisch, G., Schwetlick, H.: Ein lokal überlinear konvergentes Verfahren zur Bestimmung von Rückkehrpunkten implizit definierter Raumkurven. Numer. Math.38, 455–465 (1982).

    Google Scholar 

  12. Rall, L.: Convergence of the Newton process to multiple solutions. Numer. Math.9, 23–37 (1966).

    Google Scholar 

  13. Reddien, G. W.: On Newton's method for singular problems. SIAM J. Numer. Anal.15, 993–996 (1978).

    Google Scholar 

  14. Schwetlick, H.: Effective methods for computing turning points of curves implicitly defined by nonlinear equations. Preprint 46, Halle, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, 1981.

    Google Scholar 

  15. Seydel, R.: Numerical computation of branch points in nonlinear equations. Numer. Math.33, 339–352 (1979).

    Google Scholar 

  16. Weber, H.: On the numerical approximation of secondary bifurcation problems, pp. 407–425 in [1].

    Google Scholar 

  17. Weber, H., Werner, W.: On the accurate determination of nonisolated solutions of nonlinear equations. Computing26, 315–326 (1981).

    Google Scholar 

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Menzel, R., Pönisch, G. A quadratically convergent method for computing simple singular roots and its application to determining simple bifurcation points. Computing 32, 127–138 (1984). https://doi.org/10.1007/BF02253687

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