Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Методы вычислений в Excel.pdf
Скачиваний:
187
Добавлен:
14.03.2016
Размер:
998 Кб
Скачать

побочных диагоналях. Для решения систем с ленточными матрицами коэффициентов вместо метода Гаусса можно использовать более эффективные методы. Для случая трехдиагональных матриц разработан экономичный метод прогонки.

Метод прогонки

Рассмотрим метод прогонки для СЛАУ вида:

c x

b x

2

 

f

1

 

 

 

 

1 1

1

 

 

 

 

 

ai xi 1

ci xi

bi xi 1

fi ,

i 2,...,n 1

(2.6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

an xn 1 cn xn fn

 

 

 

Решение данной системы ищем в виде:

xi 1 i 1 xi i 1 ,

i 2,3,...n

(2.7)

Здесь i, i – неизвестные прогоночные коэффициенты. Как и метод Гаусса, метод прогонки состоит из двух этапов. На первом (прямом) этапе определяются прогоночные коэффициенты, на втором (обратном) вычисляется вектор решения.

Прямой этап. Сравнивая соотношение (2.7) при i=2:

x1 1x2

 

1

и

следствие первого

уравнения системы (2.6):

x

b1 x

2

 

f1

 

,

получим формулы

для первых прогоночных

 

1

c1

 

c1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

коэффициентов: 1 b1 ,

1

f1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c1

 

c1

 

 

Подставляя (2.7) во второе уравнение (2.6), получим:

 

ai i 1 xi i 1 ci xi

bi xi 1 fi .

 

Или, после преобразования,

 

 

ai i 1 ci

xi ai i 1 bi xi 1 fi ,

 

откуда

 

 

 

bi

 

 

 

fi ai i 1

 

 

 

xi

 

 

 

 

 

xi 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ci ai i 1

 

 

 

 

ci ai i 1

 

Сравнивая с (2.7), получим

31

...
x1 1 x2 1

i

 

bi

, i

 

fi ai i 1

.

ci ai i 1

 

 

 

 

 

ci ai i 1

Таким образом, можно найти все i , i ,i 1,...,n 1 . Обратный этап. Подставляя последнее прогоночное

соотношение (2.7) в последнее уравнение (2.6), получим:

an n 1 xn n 1 cn xn fn

 

xn

fn an n 1

 

.

cn an n 1

 

 

 

Затем, последовательно применяя (2.7), находим:

xn 1 n 1 xn n 1

xn 2 n 2 xn 1 n 2 .

Таким образом, алгоритм метода прогонки можно

представить в виде:

 

b1

 

 

 

 

f1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

Находим 1

 

 

,

1

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

Для i 1,..., n 1

 

вычисляем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

bi

 

,

 

i

fi ai i 1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ci ai i 1

 

 

 

ci ai i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

Находим xn

 

 

fn

an n 1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

an n 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.

Для i n 1,...,1

находим: xi i xi 1 i .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теорема. Пусть коэффициенты ai , bi системы уравнений

при i 2,3,..., n 1 отличны от нуля и пусть

 

ci

 

 

 

bi

 

 

 

ai

 

при

 

 

 

 

 

 

i 1,2,..., n . Тогда прогонка корректна и устойчива.

 

 

 

 

 

 

При выполнении этих условий знаменатели в алгоритме метода прогонки не обращаются в нуль и, кроме того, погрешность вычислений, внесенная на каком либо шаге расчетов, не будет возрастать при переходе к следующим шагам.

32