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A root finding method with arbitrary order of convergence

General Mathematics 2026-02-10 v2

Abstract

Let aR+\{0}a\in \mathbb{R}^{+}\backslash\left\{0\right\} and MNM\in\mathbb{N}. We consider the equation tMa=0t^M-a=0, which is equivalent to 1tMa=0.1-\frac{t^M}{a}=0\,. The real solution is aM\sqrt[M]{a}. In this publication, we present a method that enables the calculation of aM\sqrt[M]{a} with arbitrary order of convergence using only polynomials. We define the fixed point function F(x)==1P(1+1M)0x ⁣(1tMa)Pdt=k=0P(1)kak(Pk)xkM+1kM+1 F\left(x\right) =\prod_{\ell=1}^{P}\left(1+\frac{1}{\ell\cdot M}\right) \int\limits_{0}^{x}\!\left(1-{\frac{{t}^{M}}{a}}\right)^{P}{\rm d}t =\sum\limits_{k=0}^{P}\frac{\left(-1\right)^{\,k}}{a^{\,k}}\cdot\binom{P}{k}\cdot\frac{x^{\,k\,\cdot M+1}}{k\,\cdot M+1} This is a polynomial of degree (PM+1)\left(P\cdot M+1\right) with (P+1)\left(P+1\right) terms. The calculation of aM\sqrt[M]{a} is thus reduced to a polynomial evaluation. The computational tests we performed demonstrate the efficiency of the method. -- Es sei aR+\{0}a\in \mathbb{R}^{+}\backslash\left\{0\right\} und MNM\in\mathbb{N}. Vorgelegt ist die Gleichung tMa=0t^M-a=0, die \"aquivalent zu 1tMa=01-\frac{t^M}{a}=0 ist. Die reelle L\"osung hiervon ist aM\sqrt[M]{a}. In dieser Ver\"offentlichung stellen wir ein Verfahren vor, das die Berechnung von aM\sqrt[M]{a} mit beliebiger Konvergenzordnung erm\"oglicht und nur Polynome verwendet. Wir definieren die Fixpunktfunktion F(x)==1P(1+1M)0x ⁣(1tMa)Pdt=k=0P(1)kak(Pk)xkM+1kM+1F\left(x\right) =\prod_{\ell=1}^{P}\left(1+\frac{1}{\ell\cdot M}\right) \int\limits_{0}^{x}\!\left(1-{\frac{{t}^{M}}{a}}\right)^{P}{\rm d}t =\sum\limits_{k=0}^{P}\frac{\left(-1\right)^{\,k}}{a^{\,k}}\cdot\binom{P}{k}\cdot\frac{x^{\,k\,\cdot M+1}}{k\,\cdot M+1} Das ist ein Polynom vom Grad (PM+1)\left(P\cdot M+1\right) mit (P+1)\left(P+1\right) Summanden. Anhand ausgew\"ahlter Beispiele von Wurzelberechnungen zeigen wir die Effizienz des Verfahrens.

Cite

@article{arxiv.2601.22187,
  title  = {A root finding method with arbitrary order of convergence},
  author = {Alois Schiessl},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2601.22187},
  year   = {2026}
}

Comments

bilingual: English (18 pages) and German (18 pages)

R2 v1 2026-07-01T09:26:30.756Z