2019年解线方程组的直接方法ppt课件.ppt

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1、计算方法解线性方程组的直接方法9/16/20211第五章解线性方程组的直接方法§5.1引言解线性方程组的两类方法：直接法:经过有限次运算后可求得方程组精确解的方法(不计舍入误差)迭代法：从解的某个近似值出发，通过构造一个无穷序列去逼近精确解的方法。（一般有限步内得不到精确解）9/16/20212n阶线性方程组9/16/202139/16/20214§5.2高斯消去法转化为同解的方程组9/16/20215§5.2.1高斯消去法计算过程9/16/202169/16/202179/16/202189/16/202199/16/202110系数矩阵与常数项：9/16/202111回代过程:9/16

2、/2021129/16/202113消去第一列的n-1个系数要计算n*(n-1）个乘法。§5.2.2高斯消去法计算量9/16/202114每一步消去过程相当于左乘初等变换矩阵Lk§5.2.3矩阵的三角分解9/16/2021159/16/202116i+1行i+1行依次递推9/16/202117定理7（矩阵的LU分解）设A为n阶矩阵，如果A的顺序主子式Di≠0（i=1，2，…，n-1），则A可分解为一个单位下三角矩阵L和一个上三角矩阵U的乘积，且这种分解是唯一的。9/16/2021189/16/202119§5.3高斯主元素消去法为避免此种情况的发生，可通过交换方程的次序，选取绝对值大的元素作

3、主元。§5.3.1列主元素消去法9/16/202120选取或称此方法为全主元素高斯消去法称此方法为列主元素高斯消去法9/16/2021213m31=-20009/16/202122m31=-0.00059/16/202123定理8（列主元素的三角分解定理）如果A为非奇异矩阵，则存在排列矩阵P使PA=LU其中L为单位下三角阵，U为上三角阵。9/16/202124§5.3.2高斯—若当消去法9/16/2021259/16/202126§5.4矩阵三角分解法§5.4.1直接三角分解法将高斯消去法改写为紧凑形式，可以直接从矩阵A的元素得到计算L,U元素的递推公式，而不需要任何中间步骤，这就是直接三角

4、分解法。由于A=LU，求解Ax=b的问题就等价于求解两个三角形方程组①Ly=b，求y；②Ux=y，求x.9/16/2021271、不选主元的三角分解法A=LU其中L为单位下三角阵，U为上三角阵（4.1）9/16/202128一、直接计算A的LU分解(例)9/16/2021299/16/202130二、一般计算公式9/16/202131三、LU分解求解线性方程组9/16/202132矩阵A的直接分解法称为杜利特尔（Doolittle）分解9/16/202133例1：将方程组的系数矩阵A作LU分解，并求方程组的解9/16/202134解LU分解的紧凑格式为9/16/202135推出：由Ly=b得

5、9/16/202136由Ux=y，即用回代法解得即为线性方程组的解9/16/2021372、选主元的三角分解法采用与列主元消去法类似的方法，通过交换A的行实现矩阵PA的LU分解。9/16/202138本章作业1、设Ax=b，用LU分解法求此方程组2、P23079/16/202139