practika_3_223_226
.pdfВектора и матрицы
|
|
|
2 |
4 |
5 |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
Задача 1. Дана матрица |
D 11 |
51 |
0 |
1 |
||
|
|
0 |
2 |
5 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
Вычислить матрицы |
P D, P |
D2 , P D3 |
||||
|
|
1 |
2 |
|
|
3 |
Задача 2. Вычислить матрицы О1 = D-1 , O3 = D-3
Проверить правильность вычисления этих матриц, т.е.
O1* P1=E (единичная матрица)
O3*P3=E
РЕШЕНИЕ СИСТЕМ ЛИНЕЙНЫХ АЛГЕБРАИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ (СЛАУ)
|
|
|
a |
|
x a |
|
x |
|
... a |
|
x |
|
f |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
11 |
|
1 |
12 |
|
|
2 |
|
|
|
|
1m |
|
|
m |
|
|
|
1 |
|
|
|
||||
|
|
|
a21 x1 a22 x2 ... a2m xm f2 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
a |
m1 |
x a |
m2 |
x |
2 |
... a |
mm |
x |
m |
f |
m |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
a |
a |
|
|
... |
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
f1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x1 |
|
||||
|
11 |
12 |
|
|
|
1m |
|
|
|
|
|
|
|
f2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x2 |
|
||||
a |
|
a |
|
|
|
... |
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
A |
|
21 |
|
22 |
|
|
|
2m |
|
|
|
|
f |
|
... |
|
|
|
|
|
x |
... |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
fm 1 |
|
|
|
|
|
|
xm 1 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
fm |
|
|
|
|
|
|
|
|
xm |
|
|||
|
|
|
am2 |
|
... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
am1 |
|
amm |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
РЕШЕНИЕ СИСТЕМ ЛИНЕЙНЫХ АЛГЕБРАИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ (СЛАУ)
Скалярная:
Матричная:
Векторная:
ФОРМЫ ЗАПИСИ СЛАУ
a |
x |
a |
|
|
x |
|
... a |
x |
|
f |
|
|
|
|
|
|||
|
11 |
1 |
12 |
|
|
2 |
1m |
|
m |
|
|
1 |
|
|
|
|
||
a21 x1 a22 x2 ... a2m xm f2 |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x2 ... amm xm fm |
|
|
|||||||||
am1 x1 am2 |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ax f |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
a |
|
a |
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
f |
|
|
||||
11 |
|
|
12 |
|
|
|
1m |
|
|
|
|
|
1 |
|
||||
a |
21 |
|
a |
22 |
|
|
a |
2m |
|
|
|
|
|
f |
2 |
|
||
|
x1 |
|
|
x2 ... |
xm |
|
|
|
|
|||||||||
... |
|
... |
|
|
... |
|
|
|
|
|
... |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
am1 |
|
am2 |
|
|
amm |
|
|
|
|
|
fm |
РЕШЕНИЕ СИСТЕМ ЛИНЕЙНЫХ АЛГЕБРАИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ (СЛАУ)
УСЛОВИЕ СУЩЕСТВОВАНИЯ РЕШЕНИЯ СЛАУ
Система Ax=f
имеет единственное решение, если det A 0
МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ СЛАУ :
•Точные
•Приближенные (итерационные)
ТОЧНЫЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ СЛАУ :
•Обратной матрицы
•Крамера
•Гаусса
РЕШЕНИЕ СЛАУ МЕТОДОМ ОБРАТНОЙ МАТРИЦЫ
Пусть det A 0
Тогда существует A–1 - обратная матрица:
A A–1= A–1 A = E, где E – единичная матрица.
Пусть A–1 известна. Умножая на нее СЛАУ
1 1
слева, получим: A Ax A f
|
|
|
По свойству обратной матрицы: |
Ex |
A 1 f , |
|
|
|
|
|
По свойству единичной матрицы: |
x |
A 1 f . |
|
|
Метод используется для решения небольших систем, т.к. нахождение обратной матрицы – трудоемкий процесс
РЕШЕНИЕ СЛАУ МЕТОДОМ ОБРАТНОЙ МАТРИЦЫ В MATHCAD
Пример 1. Дана система линейных алгебраических уравнений
Решить СЛАУ методом обратной матрицы
1. Задаем массив коэффициентов СЛАУ и вектор правых
частей |
|
: |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
30 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
1 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
A |
|
2 |
4 |
f |
|
10 |
||
|
|
|
0 |
1 |
1 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
3 |
|||
|
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
|
10 |
РЕШЕНИЕ СЛАУ МЕТОДОМ ОБРАТНОЙ МАТРИЦЫ В MATHCAD
2. Находим определитель det A: |
A |
4 |
3. Находим обратную матрицу A–1: |
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
3 |
|
|
|
|
|
1.25 |
|
A |
1 |
|
0.75 |
4 |
||
|
|
0.5 |
0.5 |
1 |
||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
0.25 |
0.75 |
2 |
4. Находим решение: |
|
|
1 |
|
|
|
|
x A |
1 |
|
2 |
f |
|
3 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
4 |
5. Проверка решения: |
|
|
30 |
|
|
|
|
|
A x |
|
10 |
|
|
3 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
10 |
3
21
1
РЕШЕНИЕ СЛАУ МЕТОДОМ КРАМЕРА
Пусть det A 0
Построим m вспомогательных матриц
|
a |
... |
f |
... |
|
|
|
|
11 |
|
1 |
|
|
Ai |
a21 |
... |
f2 |
... |
|
|
|
|
... ... |
... |
|
||
|
... |
i-й столбец |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
... |
fm |
|
|
|
am1 |
... |
|
Решения находим по формулам:
xi |
det Ai |
i=1,2,…m. |
|
|
|||
det A |
|||
|
|
Метод используется для решения небольших систем, т.к. нахождение определителей – трудоемкая операция
РЕШЕНИЕ СЛАУ МЕТОДОМ КРАМЕРА В
MATHCAD
Пример 2. Дана система линейных алгебраических уравнений
Решить СЛАУ методом Крамера
1.По умолчанию элементы массива нумеруются с нуля. Для того, чтобы элементы нумеровались с единицы:
OR IGIN 1
РЕШЕНИЕ СЛАУ МЕТОДОМ КРАМЕРА В
MATHCAD
2. Задаем массивы:
|
1 |
2 |
3 |
4 |
||
|
|
1 |
|
3 |
|
|
A |
|
2 |
4 |
|||
|
0 |
1 |
1 |
|
||
|
||||||
|
|
1 |
||||
|
1 |
1 |
1 |
1 |
|
30 2 3 |
4 |
|
1 |
30 3 |
4 |
|
1 |
2 |
30 4 |
|
1 |
2 |
3 |
30 |
||||
|
|
|
|
|
|
1 10 3 |
|
|
|
1 2 |
|
|
|
1 2 |
3 |
|
|||
A11 |
10 2 |
3 4 |
A12 |
|
4 |
A13 |
|
10 4 |
A14 |
|
10 |
||||||||
|
1 |
|
|
|
3 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
||||
|
3 1 |
1 |
|
|
0 |
1 |
|
|
0 |
1 |
3 1 |
|
|
0 |
1 |
3 |
|||
|
10 1 1 |
1 |
|
1 |
10 1 |
1 |
|
1 |
1 |
10 1 |
|
1 |
1 |
1 |
10 |
3.Задаем дискретную переменную i (меняется от 1 до 4 с шагом 1):
i1 4