Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
экзамен 2012-ВМК.doc
Скачиваний:
2
Добавлен:
18.09.2019
Размер:
1.43 Mб
Скачать

II. Методы, основанные на разложении матрицы коэффициентов.

Такие методы основаны на представлении матрицы А коэффициентов системы в форме произведения треугольных матриц. Это позволяет свести решение заданной системы к последовательному решению двух систем с треугольными матрицами, что является задачей более простой, так как в них неизвестные находятся последовательно. Иногда вводят еще диагональную матрицу.

2.1. Метод квадратного корня (случай эрмитовой матрицы)

Найдем такую правую треугольную матрицу и диагональную матрицу , элементы которой равны 1 или –1, чтобы имела представление

(2)

Если матрицы и найдены, то заданная система (1) может быть решена следующим путем:

,

где есть нижняя треугольная матрица и – вспомогательный вектор. Решение системы (1) равносильно решению двух треугольных систем

Замечание: Алгоритм – разложения может оказаться численно неустойчивым, гарантировать устойчивость алгоритма можно в двух случаях – для положительно определенных матриц А и матриц с диагональным преобладанием.

2.2 Частный случай метода квадратного корня (случай симметричной матрицы)

Идея метода:

Метод основан на разложении матрицы на множители,

, (3)

где

И решение системы (1) сводится к решению двух систем с треугольными матрицами:

(4)

Прямой ход:

Перемножая матрицы и и приравнивая матрице , из (3) получим формулы для определения

Обратный ход:

После того, как матрица найдена, решаем задачу (4).

2.3 Схема Халецкого (случай матрицы с отличными от 0 глав. Минорами).

Рассматриваем систему уравнений (1), где матрица размера такая, что ее главные миноры отличны от нуля.

,

Теорема 1. Если главные миноры матрицы отличны от нуля:

то матрицу можно представить в форме

,

где

.

Отсюда искомый вектор х может быть вычислен из цепи уравнений

Эта схема вычислений называется схемой Халецкого.

Решение систем линейных алгебраических уравнений (ЛАУ)

Приближенные (итерационные) методы.

2.1 Метод простой итерации.

Пусть дана система ЛАУ с неособенной матрицей.

(1)

Тем или иным способом система (1) может быть преобразована к эквивалентной ей системе вида

, (2)

где – тот же вектор неизвестных, а и – некоторые новые матрица и вектор соответственно.

В методе простой итерации (МПИ) решение системы (2) и, следовательно, решение исходной системы (1) ищется как предел последовательности векторов при :

, (3)

где – начальное приближение к точному решению системы.

Теорема 2. Пусть . Тогда при любом начальном приближении МПИ (3) сходится к единственному решению задачи (2) и при всех справедливы оценки погрешности:

1) (апостериорная); (6)

2) (априорная)1. (7)

Замечание 1. Априорная оценка (7) позволяет подсчитывать заранее число итераций , достаточное для получения решения с заданной точностью при выбранном начальном приближении . Для этого нужно найти наименьшее целое решение неравенства относительно переменной . Апостериорной оценкой (6) удобно пользоваться в процессе вычислений и останавливать этот процесс, как только выполнится неравенство

. (6`)

Иногда используется более простое условие остановки итерационного процесса . Это неравенство будет гарантией выполнения неравенства только в том случае, когда .

Замечание 2. (О выборе начального приближения). Согласно теореме 1, сходимость МПИ (3) гарантируется при любом начальном приближении . Очевидно, итераций потребуется тем меньше, чем ближе к . Если нет никакой дополнительной информации о решении задачи (2) (например, может быть известным решение близкой задачи или грубое решение данной задачи) за обычно принимают вектор свободных членов системы (2). Априорная оценка (7) принимает вид

.

Таким образом, если задана точность , то

,

откуда получаем априорную нижнюю оценку числа итераций при :

. (8)

Неравенство (8) обычно дает завышенное число итераций .

Непосредственным следствием теоремы 2 и равенств

; ,

определяющих кубическую и октаэдрическую норму матрицы, являются следующие оценки погрешности приближенного решения :

, , (9)

если выполнено условие , и

, , (10)

если выполнено условие .

Эти оценки можно еще усилить соответственно так:

(9`)

и . (10`)

МПИ в координатной форме имеет вид: