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线性代数方程组的直接法.pptxVIP

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2025/4/231王淑栋办公室:J13-409电话H)E-mail:数值分析(NumericalAnalysis)

2025/4/232第七章解线性方程组的直接方法数值分析(NumericalAnalysis)

AX=b很多实际问题都可归结为求解线性方程组:写成矩阵形式:

线性方程组数值解法的分类:2025/4/234?直接法:经过有限步算术运算即可求得方程组精确解的方法(适用于中等规模的n阶线性方程组)◆Gauss消去法及其变形◆矩阵的三角分解法?迭代法:用某种极限过程去逐步逼近线性方程组精确解的方法。(适用于高阶线性方程组)◆Jacobi迭代法◆Gauss-Seidel迭代法◆逐次超松弛法

1Gauss消去法2025/4/235或AX=b消元手续

举例说明消去法的基本思想:基本思想:用逐次消去未知数的方法把原来方程组AX=b化为与其等价的三角方程组,然后再用回代法写出方程组的解。事实上,将方程组化为与其等价的三角方程组的过程就是用行的初等变换将原来方程组的系数矩阵化为简单形式,然后再求解。

Guass消去法2025/4/237消元基本思想:通过消元手续将上述方程组化为三角形方程组进行求解。

消元公式

回代

回代公式

Gauss消去法可执行的前提:2025/4/2311【定理1】按顺序Gauss消去法所形成的各主元素的充要条件是矩阵的顺序主子式,即

【推论】如果的顺序主子式

【定理2】如果的所有顺序主子式都不为零,即01则可通过Gauss消去法将前面的方程组约化为三角方程组。02作业:03P197041,2,705不进行交换两行的初等变换!06

矩阵的三角分解2025/4/2314或AX=b借助矩阵理论分析消去法!建立Gauss消去法和矩阵理论间的关系!对于

1在Gauss消元法中,2每一步消去过程相当于左乘初等变换矩阵Lk

A的LU分解其中单位下三角形。12

【定理3】(矩阵的LU分解)设A为n?n矩阵,如果解AX=b用高斯消去法(限制不进行行的交换,即)能够完成,则矩阵A可分解为单位下三角矩阵L与上三角矩阵U的乘积,即A=LU且这种分解是唯一的。

注:(1)L为单位下三角阵而U为一般上三角阵的分解称为Doolittle分解L为一般下三角阵而U为单位上三角阵的分解称为Crout分解。

系数矩阵的三角分解!

21计算量(1)消元过程的计算量:第1步计算乘数mi1(i=1,2,…,n),需要n-1次除法运算;计算需要次乘法和次加、减法。第k步加、减法次数乘法次数除法次数12……n-1111合计

22第k步加、减法次数乘法次数除法次数123…2….2…1…nn-1n-11合计(2)计算b(n)计算量:进行次乘法和加、减法;(3)回代过程的计算量:总计算量:次乘除法和次加减法较大时乘除法次数:较大时加减法次数:

§2Gauss主元素消去法【例4】用Gauss消去法解方程组选主元素的必要性!要求用具有舍入的10位浮点数进行计算。精确到10位的精确解为:【解法1】(高斯消去法)消元:舍去或者说被“吃”舍去或者说被“吃”计算解:2025/4/2323

显然,计算解与精确解解相差太大,原因是用很小的数作除数,使得舍入误差太大,从而计算结果不可靠。【解法2】用行变换的高斯消去法消元:计算解:该结果较好。该例子说明,在采用高斯消去法解方程组时,应避免采用绝对值很小主元素。对一般系数矩阵,最好保持乘数,因此在高斯消去法中引进选主元素技巧。24

1、完全主元素消去法选主元素消元法:为非奇异矩阵,第一步:(1)选主元素:在A中选取绝对值最大的元素作为主元素,即确定使(2)交换行列:交换中第1行和i1行元素,第1列和第j1列元素。注意调换两未知量,并做记录。交换后

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