线性代数方程组的解法课件.ppt

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1、第三章线性代数方程组的解法序本章主要讨论n阶线性代数方程组的解法。其矩阵形式为其中非奇异阵（即）未知向量右端向量（常数向量）由克拉默（Cramer）法则知，上述方程组有唯一解，其解为：1但是这种计算方法在实际应用中对于高阶方程组却不能用，如果用每秒计算一亿次的计算机计算也要算30多万年，因此，行之有效的方程组的数值解法在数值计算中有着十分重要的地位。计算机上解线性方程组的数值方法大致可分为两种：直接法（精确解法）：迭代法：在没有舍入误差的条件下，经过有限次四则运算而求得方程组的精确解的方法。通过某种极限过程去逐次逼近方程组

2、的精确解的方法。例如当n=20时，计算量为是因为用此法解上方程组需计算n+1个n阶行列式，每个行列式的展开式有n！项，每一项又是n个元素的乘积，不难算出，计算一个n阶方程组的解需做乘除法次，这2§1高斯消元法与选主元技巧一、高斯消元法1、三角形方程组定义系数矩阵是三角形矩阵的方程组，例如当时，方程组有唯一解.求解过程可采用逆推方式，称之为回代过程（消元过程）。2、高斯消元法（顺序消元法）通过依次消元，把所求线性方程组（*）的求解问题转化为三角形方程组的求解。特点：3例1用高斯消去法解方程组解（消元过程用增广矩阵的行初等变换

3、来表示）第一次消元第二次消元然后回代，解得：推至一般，对线性代数方程组（*），记4⑴消元过程①当时，记将增广矩阵的第i行加上第一行的倍（即）得其中这样，就得到了一个与原方程组同解的方程组5②当时，再对进行消元，又得其中这样，就得到了一个与原方程组同解的方程组6③重复以上过程，在完成第次消元后，当时，记得将的第i行加上第k行的倍（即）其中第k次消元为：7④如此作下去，当时，经过次消元后，就把原方程组转化为同解的三角形方程组即⑵回代过程把上式自下向上回代，即得方程组的解。综上所述，有定理1若约化主元素则方程组可通过高斯消去法约

4、化为三角形方程组（**）求解,计算公式如下:这种解方程组的方法称为高斯消元法。89⑵回代求解⑴消元计算对依次计算：10注由上面公式可得，整个高斯消元法的消元过程中，乘法运算次数为：除法运算次数为：回代过程中，乘法运算次数为：除法运算次数为：故用高斯消去法求解一个n阶线性代数方程组共需做的乘、除法总数为：11二、列主元消元法序高斯消去法是按照原方程组中给定的方程以及未知元的排列顺序依次进行消元的，故又称顺序消元法，①若第k步中主元素则消元过程就无法进行；②即使把它作除数，就可能造成误差的严重扩散，使解的精确度受到严重影响，从

5、而造成结果严重失真。例2解方程组用顺序消元法解(用具有舍入的4位浮点数进行计算)，第一次消元消元过程：但若其绝对值相对较小(此时称为小主元),两个问题：但在消元中将遇到12回代求解：得显然答案是错误的，如果选用2.000作为约化主元素（即先交换两个方程的位置），然后再进行消元，则有交换两行第一次消元再回代求解，则得由此，这种消元法称为主元消元法。按选取主元素的方法不同，主元素消去法可分为以下几种：作除数，从而带入了大的误差。原因是相对较小的小主元在每次消元前，应选取绝对值尽可能大的元素作为约化主元素，13完全主元消元法：在

6、方程组的系数矩阵的某一行中，选择绝对值最大的元素作为主元素的消元法。在方程组的系数矩阵的某一列中，选择绝对值最大的元素作为主元素的消元法。列主元素消元法最为常用，其应用的步骤一般为：第一步，在方程组的增广矩阵第一列的n个元素中选取绝对值最大的一个作为主元素，并把此元素所在的行与第一行交换位置，再在增广矩阵的第二列的后个元素中选取绝对值最大的一个作为主元素，并把此元素所在的行与第二行交换位置；行主元消元法：列主元消元法：在方程组的系数矩阵的所有元素中，选择绝对值最大的元素作为主元素的消元法。第一次消元后得增广矩阵第二步，14

7、依次进行下去，经过步选主元与消元，就得到一个与原方程等价的三角形方程组，再进行回代求解。例3分别用顺序消去法和列主元素消去法解方程组：解①　顺序消去法第一次消元15第二次消元回代求解，得②　列主元素消去法交换两行第一次消元交换两行16第二次消元回代求解，得列主元素方法在解决一般线性方程组中有广泛的应用.17§2三角分解法一、矩阵的三角分解1.定义把一个n阶矩阵A分解成两个三角形矩阵乘积的形式称为三角分解。三角分解的常用形式为：其中：L为下三角阵，U为上三角阵。若L为单位下三角阵（对角元素都是1），U为上三角阵，则三角分解称

8、为杜利特尔（Doolittle）分解。若L为下三角阵，U为单位上三角阵（对角元素都是1），则三角分解称为克劳特（Crout）分解。182.矩阵的三角分解基本定理定理2设n阶矩阵若A的顺序主子式即则存在唯一的杜利特尔（Doolittle）分解其中：L为单位下三角阵，U为非奇异的上三角阵。192021222