- •1 Метод Гаусса (lu-разложений).
- •2 Нахождения определителя матрицы методом Гаусса.
- •3 Уточнение решения полученного методом Гаусса.
- •4 Нахождение элементов обратной матрицы методом Гаусса.
- •31 Формула Симпсона ( параболы).
- •Пусть дана слау
- •29 Квадратурные формулы Ньютона-Котеса.
- •Свойства коэффициентов Ньютона-Котеса.
- •30 Формула трапеций.
- •Оценим остаточный член:
- •32 Квадратурные формулы Ньютона-Котеса.
- •Свойства коэффициентов Ньютона-Котеса.
- •33 Квадратурные формулы наивысшей степени точности.
- •Свойства.
- •34 Интегрирование быстроосциллирующих функций.
- •Существование и единственность задачи Коши дается в теореме Пикара.
- •36 Метод Пикара.
- •37 Метод Эйлера.
- •Т.Е. Хоть и не сказано о том, что выполняется условие Липшица, но зато ограничено, и мы можем оценить | |l.
- •48 Метод правой прогонки.
- •49. Метод левой прогонки.
- •51 Метод Либмана.
- •Рассмотрим уравнение эллиптического типа – уравнение Пуассона:
- •53 Метод сеток для решения уравнений параболического типа.
- •8. Итерационные методы решение систем линейно-алгебраических уравнений.
- •Пусть дана слау
- •9. Метод простых итераций для решения линейно-алгебраических уравнений.
- •Нормы векторов и матрицы.
- •11. Метод Зейделя. Условия сходимости метода
- •1.Теорема об lu-разложении кв. Матрицы. Метод Гаусса решения слау.
- •Теорема: (об lu – разложений матрицы).
- •Методика решения.
- •2. Теорема об lu-разложении кв. Матрицы. Нахождения определителя матрицы методом Гаусса. Теорема: (об lu – разложений матрицы).
- •Нахождения определителя матрицы методом Гаусса
- •3.Уточнение решения полученного методом Гаусса.
- •4. Нахождение элементов обратной матрицы методом Гаусса.
- •Пусть дана слау
- •14. Проблема собственных значений. Метод Данилевского.
- •Метод а.М. Данилевского
- •Теорема: Преобразование подобия не изменяет собственных значений матрицы.
- •15. Проблема собственных значений. Степенной метод .
- •Степенной метод.
- •Обозначим соответствующие собственные векторы через
- •Степенной метод имеет задачу нахождения пары:
- •17. Скалярное нелинейное уравнение.Метод половинного деления (дихотомии).
- •Требуются решить уравнение: (1), другими словами – найти нули функции, т.Е. Такие , которые обращают уравнение (1) в тождество.
- •Метод половинного деления
- •12.Метод вращения решения слау
- •18.Скалярное нелинейное уравнение. Метод хорд.
- •Требуются решить уравнение: (1), другими словами – найти нули функции, т.Е. Такие , которые обращают уравнение (1) в тождество.
- •18. Скалярное нелинейное уравнение. Метод касательных.
- •Требуются решить уравнение: (1), другими словами – найти нули функции, т.Е. Такие , которые обращают уравнение (1) в тождество.
- •20.Скалярное нелинейное уравнение. Комбинированный метод хорд и касательных.
- •Требуются решить уравнение: (1), другими словами – найти нули функции, т.Е. Такие , которые обращают уравнение (1) в тождество.
- •21. Скалярное нелинейное уравнение. Метод простых итераций.
- •Требуются решить уравнение: (1), другими словами – найти нули функции, т.Е. Такие , которые обращают уравнение (1) в тождество.
- •22. Система скалярных нелинейных уравнений. Метод простых итераций.
- •Если обозначить
- •23. Система скалярных нелинейных уравнений. Метод наискорейшего спуска.
- •24. Метод скорейшего спуска решения система линейных алгебраических уравнений. Пусть дана система линейных алгебраических уравнений:
9. Метод простых итераций для решения линейно-алгебраических уравнений.
Рассмотрим СЛАУ Ах=f (1)
Для того чтобы решить методом простых х=Вх+в (2)
х(к+1)=Вхк+в (3)
Существует условие на матрицу В при котором наш итерационный процесс сходится с любым начальным приближением. Часто в качестве начального приближения используют столбец свободных членов.
Теорема: (Критерий сходимости.)
Для того чтобы
итерационный процесс сходился при любом
начальном приближении к решению уравнения
(2) необходимо и достаточно, чтобы все
собственные значения матрицы В были
меньше 1, т.е.(
)(
).
х(к+1) = В хк + в= В (В х(к-1) + в) + Е в = В2х(к+1) + (В + Е) в = В2 (В х(к-2) + в) + (В + Е) - В3 х(к-2)+(В2+В+Е)в=…=Вк+1х(0)+(Е+В+В2+…+Вк)в : (*)
Лемма1: Матрица
Вm
0,
m
тогда и только тогда, когда все собственные
значения матрицы В меньше 1 т.е. (
)(
).
Лемма2: Матричный ряд : Е+В+В2+…+Вк+…
сходится тогда и только тогда, когда Вm 0, m ,причём существует матрица (Е-В)-1, которая и является пределом данного матричного ряда.
Док – во: (теоремы)
Итерационный
процесс сходится к решению уравнения
(2) :
=(Е-В)-1в
, х(к+1)→
.
Из (*) следует х(к+1)→ = (Е-В)-1в т.е. к решению уравнения (2).ч.т.д.
Как правилом в практике критерием для выяснения сходимости итерационного процесса не пользуются , т.к. требуется находить собственные значения матрицы В ,нахождение которого задача не менее сложная чем решение самой системы. На практике используют достаточный признак сходимости.
Теорема: (Достаточный признак сходимости)
Для того чтобы итерационный процесс (3) сходился к решению уравнения (2) при любом начальном приближении достаточно чтобы любая из норм матрицы В была меньше 1.
Док – во:
Т.к. все собственные
значения матрицы В лежат в круге с
центром (0,0) и радиусом г равным норме
матрицы В имеем: (
)(
)
.ч.т.д.
Нормы векторов и матрицы.
Нормы вектора:
-кубическая
норма вектора. (i=1,…,n)
-октаэдрическая
форма вектора.
-сферическая
форма вектора.
Н
ормы
матрицы:
, (i=1,…,n)
, (j=1,…,n)
,
(k=1,…,n)
Нормы векторов и матриц при употреблении должны быть согласованы:
Метод простых итераций является одношаговым методом. Метод простых итераций стационарен, это явный метод т.к.
: (*)
Приведём
к уравнение (*) т.е.
.
Метод простых
итераций является линейным методом
11. Метод Зейделя. Условия сходимости метода
Этот метод является
модификацией метода простых итераций
и в некоторых случаях приводит к более
быстрой сходимости. Итерации по методу
Зейделя отличаются от простых итераций
тем, что при нахождении
компоненты
приближения
сразу используются уже найденные
компоненты
приближения с меньшими номерами
.
При рассмотрении развернутой формы
системы итерационный процесс записывается
в виде:
(1)
В каждое последующее уравнение подставляются значения неизвестных, полученных из предыдущих уравнений, что показано в записи выше стрелками.
Теорема (о достаточном условии сходимости метода Зейделя).
Если
для системы
какая-либо норма
меньше единицы, т.е.
,
то процесс последовательных приближений
(1) сходится к единственному решению
исходной системы
при любом начальном приближении
.
Записывая (1) в матричной форме, получаем
(2)
где Н,Р являются разложениями матрицы В, т.е.:
Если В=Н+Р, где
Н=
Р=
.или
, i=1,…,n
(3)
Метод является итерационным, одношаговым, стационарным, линейным, неявным.
Преобразуя
уравнение (2) к виду
,
получаем матричную форму итерационного
процесса метода Зейделя:
,
где
- матрица перехода. Можно воспользоваться
критерием и достаточным признаком
сходимости, методом простых итераций
для доказательства сходимости.
У метода простых
итераций и метода Зейделя разные области
сходимости, исходя из критерия сходимости,
поскольку максимальное по модулю
собственное значение ищется от разных
матриц (
и
).Следовательно,
существуют матрицы, для которых метод
простых итераций сходится, и метод
Зейделя не сходится и обратно. В качестве
достаточного признака сходимости метода
Зейделя используются те же самые
ограничения на норму матрицы В.
Замечание: Существуют методы с ещё большей скоростью сходимости , но для симметричных матриц В – это методы релаксации. Методика решения задачи.
1.Преобразовать
систему
к виду
.
2. Задать начальное приближение
решения с
произвольно или положить
,
а также малое положительное число
(точность). Положить
.
3. Произвести расчеты по формуле
(1) или (2) и найти
.
4. если выполнено условие окончания
,
процесс завершить и положить
.
Иначе положить
и перейти к пункту 3.
