
- •Предисловие
- •1. Численные методы алгебры
- •1.1.Устойчивость системы линейных алгебраических уравнений
- •1.1.2.Устойчивость системы линейных алгебраических уравнений
- •1.1.4.Нахождение меры обусловленности симметричной матрицы A степенным методом
- •1.2.Решение систем линейных алгебраических уравнений методом Гаусса
- •1.3.Решение систем линейных алгебраических уравнений с помощью LU-разложения
- •1.4.Решение систем линейных алгебраических уравнений методом квадратного корня
- •1.5.Решение систем линейных алгебраических уравнений с трёхдиагональной матрицей методом прогонки
- •1.6.Численные методы решения систем нелинейных уравнений
- •2. Приближение функций
- •4. Приближенное вычисление двойного интеграла
- •4.2.2.Последовательное интегрирование с использованием формулы трапеций
- •4.2.3.Последовательное интегрирование с использованием квадратурных формул Гаусса
- •5. Задача Коши для обыкновенных дифференциальных уравнений
- •5.3.Интегрирование систем обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка
- •Литература
Глава 1. Численные методы алгебры
Окончание табл. 1.2.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
27 |
|
|
|
|
|
28 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
1 |
3 |
4 |
1 4 j 28 |
0 |
2 |
2 3 |
2 |
j 16 |
|||
3 |
4 |
5 |
5 3 j16 |
0 |
3 |
2 4 |
3 |
j32 |
|||
3 |
3 |
4 |
0 |
1 j 36 |
3 |
2 |
4 |
0 |
3 |
j 3 |
|
2 5 |
3 |
2 2 j 31 |
2 4 |
0 |
1 |
4 |
j36 |
||||
4 |
1 |
0 |
1 |
3 j 21 |
4 |
3 |
4 2 |
3 |
j 28 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
29 |
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
3 |
1 |
2 |
3 |
0 |
j 34 |
3 0 |
1 5 |
5 |
j 17 |
||
4 1 |
2 |
3 |
1 |
j 7 |
3 |
3 |
0 |
4 |
2 |
j 7 |
|
3 4 |
2 |
2 |
4 |
j 24 |
5 3 |
5 2 |
3 |
j 28 |
|||
3 1 |
4 |
0 |
4 j 6 |
3 1 |
2 |
4 |
1 |
j 10 |
|||
1 1 |
2 |
5 1 |
j27 |
3 |
5 |
3 3 |
3 |
j 1 |
1.3.Решение систем линейных алгебраических уравнений с помощью LU-разложения
~
Рассмотрим систему уравнений A~x = f. Если все главные миноры мат-
рицы A = (aij) отличны от нуля, т.е.
a11 6= 0; |
|
a21 |
a22 |
|
6= 0; :::; detA 6= 0; |
|
|
||||
|
|
a11 |
a12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
то матрицу A можно представить в виде A = LU, где L - нижняя треуголь-
ная матрица с единичной диагональю; U - верхняя треугольная матрица с
ненулевыми диагональными элементами.
Приведем рекуррентные формулы для определения треугольных матриц
29
Глава 1. Численные методы алгебры
L и U:
u11 = a11; |
|
|
|
|
||
u1j |
= a1j; |
lj1 |
= |
aj1 |
; j = 2; 3; :::; n; |
|
|
||||||
|
|
i 1 |
u11 |
|
||
uii |
= aii |
likuki |
i = 2; 3; :::; n; |
|||
=1 |
||||||
|
|
Xk |
|
|
|
uij = aij i 1 likukj; lji = |
1 |
aji i 1 ljkuki!; |
uii |
||
k=1 |
=1 |
|
X |
Xk |
i = 2; 3; :::; n; j = i + 1; i + 2; :::; n:
Далее решаем две системы уравнений с треугольными матрицами:
Ly = f; Ux = y:
1.3.1.Задание к лабораторной работе «Решение систем линейных алгебраических уравнений с помощью LU-разложения»
1.Решить СЛАУ аналитически LU-разложением (табл. 1.3).
2.Написать программу решения системы линейных алгебраических уравнений LU-разложением. Решить с ее помощью СЛАУ.
3.Оформить отчет о лабораторной работе:
а) теоретическая часть,
б) аналитическое решение системы,
в) текст программы,
г) результаты.
30
Глава 1. Численные методы алгебры
Таблица 1.3. Варианты задания для решения СЛАУ ~ с четырьмя неиз-
A~x = b
вестными в виде j~ -разложением или методом квадратного корня
(A b) LU
|
№ вар. |
|
|
|
|
№ вар. |
|
|
|
|
№ вар. |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
10 |
7 |
6 |
j |
1 |
9 |
5 |
8 |
3 |
j |
93 |
6 |
5 |
1 |
8 |
j |
158 |
10 |
5 |
3 |
4 |
j |
44 |
5 |
5 |
4 |
3 |
j |
1 |
5 |
7 |
5 |
5 |
j100 |
|
7 |
3 |
7 3 |
j 21 |
8 |
4 |
6 |
4 |
j70 |
1 |
5 |
9 |
1 |
j 20 |
||||
6 |
4 |
3 |
2 |
j |
73 |
3 |
3 |
4 |
4 |
j |
29 |
8 |
5 |
1 |
7 |
j146 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
6 |
3 |
5 |
j |
101 |
4 |
9 |
5 |
4 |
j70 |
5 |
7 |
7 |
5 |
j |
58 |
|
6 |
9 |
5 |
1 |
j 91 |
9 |
7 |
8 |
8 |
j 150 |
7 |
0 |
9 |
7 |
j |
11 |
||
3 |
5 |
7 |
0 |
j 14 |
5 |
8 |
5 |
1 |
j 12 |
7 |
9 |
7 5 |
j 54 |
||||
5 |
1 |
0 |
1 |
j 58 |
4 |
8 |
1 |
7 |
j23 |
5 |
7 |
5 7 |
j 76 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2 |
4 |
4 |
9 |
j 21 |
4 |
4 |
3 |
3 |
j26 |
1 |
7 |
3 |
8 |
j 41 |
|||
4 |
9 |
9 |
8 |
j |
2 |
4 |
8 |
4 |
1 |
j |
36 |
7 |
1 |
2 |
8 |
j107 |
|
4 |
9 |
5 |
6 |
j 40 |
3 |
4 5 |
5 |
j 3 |
3 |
2 |
9 0 |
j 97 |
|||||
9 |
8 |
6 |
3 |
j 25 |
3 |
1 |
5 |
4 |
j11 |
8 |
8 |
0 |
3 |
j 17 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
11 |
|
|
|
|
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
8 |
5 |
4 |
4 |
j161 |
8 |
7 |
1 |
3 |
j |
14 |
3 |
1 |
9 |
7 |
j 35 |
||
5 |
1 |
3 |
7 |
j 82 |
7 |
8 |
3 |
10 |
j 52 |
1 |
5 |
7 8 |
j 62 |
||||
4 |
3 |
6 8 |
j 53 |
1 |
3 |
4 |
8 |
j74 |
9 |
7 |
1 8 |
j 46 |
|||||
4 |
7 |
8 |
3 |
j100 |
3 |
10 |
8 |
0 |
j |
72 |
7 |
8 |
8 |
7 |
j103 |
31
Глава 1. Численные методы алгебры
Продолжение табл. 1.3.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13 |
|
|
|
|
14 |
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
8 |
2 |
8 |
0 |
j10 |
4 |
8 |
6 |
7 |
j19 |
9 1 |
0 |
1 |
j 68 |
||
2 |
4 2 6 j 46 |
8 |
4 |
2 |
9 |
j 47 |
1 |
3 |
6 |
1 |
j 28 |
||||
8 |
2 |
7 |
3 |
j17 |
6 |
2 |
7 |
10 |
j 117 |
0 |
6 |
5 |
3 |
j |
28 |
0 |
6 |
3 |
9 |
j99 |
7 |
9 |
10 7 |
j46 |
1 |
1 3 |
1 |
j 13 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
|
|
|
|
17 |
|
|
|
|
18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
1 |
7 |
3 3 j 67 |
5 5 |
4 |
1 |
j19 |
3 |
6 10 |
6 |
j 24 |
|||||
7 |
2 |
5 |
1 j 11 |
5 |
9 |
7 10 |
j 3 |
6 9 |
0 |
2 |
j 13 |
||||
3 |
5 |
6 |
3 |
j 82 |
4 |
7 |
6 |
7 |
j96 |
10 |
0 10 |
7 |
j 75 |
||
3 |
1 |
3 |
6 |
j14 |
1 10 |
7 |
4 |
j 26 |
6 2 7 |
4 |
j 10 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
19 |
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
21 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
7 |
5 9 |
4 |
j67 |
7 7 |
2 2 |
j 34 |
3 |
3 6 |
6 |
j 21 |
|||||
5 |
4 |
5 |
3 |
j18 |
7 |
8 |
10 |
0 |
j 33 |
3 |
0 |
2 |
10 |
j129 |
|
9 |
5 |
1 |
7 |
j 13 |
2 10 |
5 |
1 |
j 62 |
6 2 |
9 |
7 |
j 61 |
|||
4 |
3 |
7 |
10 |
j 122 |
2 |
0 |
1 |
6 |
j 39 |
6 |
10 |
7 |
10 |
j106 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
22 |
|
|
|
|
23 |
|
|
|
|
24 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
6 |
5 |
9 |
j17 |
7 |
9 |
4 |
5 |
j 116 |
8 |
1 |
3 |
3 |
j |
137 |
6 |
1 10 |
1 |
j73 |
9 |
10 |
3 4 |
j15 |
1 2 |
4 |
3 |
j 13 |
||||
5 |
10 |
6 |
8 |
j13 |
4 |
3 |
9 |
5 |
j 129 |
3 |
4 |
4 |
2 |
j 61 |
|
9 |
1 |
8 |
0 |
j 76 |
5 |
4 |
5 |
5 |
j82 |
3 |
3 |
2 |
0 |
j 33 |
32