Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Вычислительная_математи_ка.doc
Скачиваний:
21
Добавлен:
16.04.2019
Размер:
1.04 Mб
Скачать

Метод простой итерации.

Для того чтобы применить метод простой итерации к решению СЛАУ Aх=b преобразуем ее к виду х=Вх+с, (3). Зададим некоторое начальное приближение x(0)=(x1(0),x2(0),..., xn(0)). Подставив его в правую часть системы (3), находим первое приближение x(1)= Bx(0)+c и так далее.

Сходимость метода простой итерации.

Если норма матрица ||B||<1, существует и единственное решение системы (3) и метод сходится при произвольном начальном приближении x(0).

Евклидова норма матрицы, имеет вид:

К ритерий окончания итерационного процесса: ||x(n)-x(n-1)|| <

Метод Зейделя.

Пусть система (1) приведена к виду (2). Метод Зейделя представляет собой модификацию метода простых итераций. Идея метода состоит в том, что при вычислении на (k+1)-ом шаге хik+1, используется уже найденное xjk+1, j=1,i.

Таким образом матрица В разбивается на две треугольные матрицы: верхнюю и нижнюю.

Расчетная формула принимает вид:

x k+1 =B1 x k+1 + x k + C

или

Условия сходимости и критерий окончания итерационного процесса те же.

Метод релаксации.

Исходную систему (1) преобразуем к виду x+Bx+c=.

Зададим начальное приближение и подставим в полученную систему. Получаем невязки (отклонения)

).

Если одной из неизвестных xs(0) задать приращение xs(0), то соответствующая невязка уменьшится на эту величину, а все остальные невязки Ri(0)(iS) увеличатся на величину bis xs(0).то есть, чтобы обратить очередную невязку Rs(1) в нуль, необходимо величине xs(0) дать приращение xs(0)= Rs(0) и получим Rs(1)=0 и Ri(1)= Ri(0) + bis xs(0).

Таким образом, идея метода состоит в том, чтобы на каждом шаге обращать в нуль максимальную по модулю невязку путем изменения значения соответствующей компоненты приближения. Процесс заканчивается, когда все невязки последней преобразованной системы будут равны нулю с заданной точностью.

Метод прогонки.

Метод предназначен для решения задач вида:

i=1, n-1

Метод состоит из 2-х частей: прямого и обратного хода. На прямом ходе рассчитываются дополнительные коэффициенты, используемые для вычисления неизвестных x:

  1. i=0,

  2. i=1, n-1,

  3. i=n,

Обратный ход: xn=bn; i=0, n-1 xiixi+1i

  1. Вычисление собственных чисел матрицы.

В процессе конструирования и анализа больших технич. систем инженеру очень часто приходится сталкиваться с задачей нахожд. собств. чисел и собственных векторов исследуемой системы, кот. характеризуют её внутренние св-ва. Математически задача нахождения собственного числа выглядит след. образом: Пусть задана квадратная матрица Аm,m. Обозначаем скалярное произведение 2-х векторов:

- норма.

Число  явл. собств. числом матрицы А, если найдётся ненулевой вектор Х, для кот. вып. равенство (1) Ах = х. В этом случае вектор Х наз. собственным вектором матрицы А. Запишем (1) в др. виде: (А-Е)х=0 (2). Е – единичная матрица. Эта система будет им. ненулевое решение тогда, когда определитель матрицы det (A-E)=0 (3). Раскрывая ур. (3), мы получаем характеристическое ур. вида: . Известно, что алгебраическое ур. степени m им. m корней в области комплексных чисел, т.е люб. матрица А порядка m им. ровно m собственных значений, комплексно сопряжённые. Во многих дисциплинах сущ. задачи, связывающие с выч. всех собств. чисел. В этом случае задача наз. полной проблемой собственных значений. Однако, гораздо чаще в задачах треб. определить одно собственное значение или некоторую их часть. Такие задачи наз. частичной проблемой собственных значений. В плане постановки такой задачи существующий интерес представляет нахождение собственного числа, наиболее близкого расположенного к заданному, или нахождение наибольшего или наименьшего собственного числа. Характеристическое ур. можно решать любым численным методом с последующим понимание порядка ур. после нахождения одного из корней. Пример:

1=1; делим на -1: -2+8-13=0 → 2=4±

Описанный приём для реш. характерного ур. относят к прямым методам реш. проблем собственных значений. Их применению может воспрепятствовать высокий порядок m, когда корни характеристического ур. становятся чувствительны к погрешности и м.б потеряна достоверная инф. об m величене. Рассмотрим один из самых простых методов реш. задачи о собственных числах – степенной метод без сдвигов. Пусть требуется определить max по модулю собственное значение 1 матрицы А. 1 д.б вещественным. Возмём произвольный вектор х0 и построим из него последовательность векторов и Итерационный процесс:

Теорема: Пусть задана матрица А достаточно простой структуры, для кот. |1|>|2|≥|3|≥…≥|m|. Предположим что разложение х(0) по базису собственных векторов х01е1+ С2е2+…+ Сmеm происходит с С1≠0. Тогда |k1| → |1|k→∞и справедлива следующая оценка погрешности: Исходя из формулы (4), можно записать, что х(к)к х(0). Допускается следующее усовершенствование метода: y(к)=Ах(k-1), (к)=( y(к), y(к-1)), Для того. чтобы схема была работоспособной, нужно, чтобы ||x(0)||=1. Подобный подход позволяет избежать возникших в результате вычислений проблем с переполнением или потерей порядка. Одним из недостатков степенного метода без сдвигов явл. его медленная сходимость применительно ко многим прикладным задачам.