中国科技大学：《数值计算方法》课程教学资源（PPT课件讲稿）第5章 解线性方程组的直接法

中图苔技术大荸数学系 University of Science and Technology of China DEPARTMENT OF MATHEMATICS 第5章解线性方程组的直接法 实际中,存在大量的解线性方程组的问题。很多数值方 法到最后也会涉及到线性方程组的求解问题:如样条插值的 M和m关系式,曲线拟合的法方程,方程组的 Newton迭代等 问题

数 学 系 University of Science and Technology of China DEPARTMENT OF MATHEMATICS 第5章 解线性方程组的直接法 实际中，存在大量的解线性方程组的问题。很多数值方 法到最后也会涉及到线性方程组的求解问题：如样条插值的 M和m关系式，曲线拟合的法方程，方程组的Newton迭代等 问题

) 中图学技术大荸学系 University of Science and Technology of China DEPARTMENT OF MATHEMATICS 对线性方程组 CL11X1+…+1x b1 an1x1+…+ a2=bn 或者:Ax=b 我们有Gram法则:当且仅当de(A)≠0时,有唯一的解,而且解为: D d=det(),D=det

数 学 系 University of Science and Technology of China DEPARTMENT OF MATHEMATICS      + + = + + = n n n n n n n a x a x b a x a x b    1 1 1 1 1 1 1 det(A)  0 对线性方程组： 或者： Ax = b 我们有Gram法则：当且仅当 时，有唯一的解，而且解为：           = = = − + − + n n i n n i n n i i n i i i a a b a a a a b a a D A D D D x          1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 , det( ), det

) 中图学技术大荸学系 University of Science and Technology of China DEPARTMENT OF MATHEMATICS 但Gram法则不能用于计算方程组的解,如n=100,103次秒的计算机要算10120年 解线性方程组的方法可以分为2类: ①直接法:准确,可靠,理论上得到的解是精确的 ②迭代法:速度快,但有误差 本章讲解直接法

数 学 系 University of Science and Technology of China DEPARTMENT OF MATHEMATICS 但Gram法则不能用于计算方程组的解，如n＝100，1033次/秒的计算机要算10120年 解线性方程组的方法可以分为2类： ①直接法：准确，可靠，理论上得到的解是精确的 ②迭代法：速度快，但有误差 本章讲解直接法

中图苔技术大荸数学系 University of Science and Technology of China DEPARTMENT OF MATHEMATICS 51消元法 我们知道,下面有3种方程的解我们可以直接求出: n次运算 A=dlig(a12a22…,am)→x (n+1)m2次运算 ∑l 22 →x 2

数 学 系 University of Science and Technology of China DEPARTMENT OF MATHEMATICS 5.1 消元法 我们知道，下面有3种方程的解我们可以直接求出： i n a b A diag a a a x i i i n n i ( , , , ) , 1, , = 1 1 2 2   = =  ① n次运算 i n l b l x x l l l l l l A i i i j i i j j i n n n n , 1, , 1 1 1 2 2 1 2 2 1 1      = −  =               =  − = ② （n＋1）n/2次运算

) 中图学技术大荸学系 University of Science and Technology of China DEPARTMENT OF MATHEMATICS (n+1)m2次运算 b-∑ 2n i+1 nn

数 学 系 University of Science and Technology of China DEPARTMENT OF MATHEMATICS , , ,1 2 2 2 1 1 1 1 2 1      i n u b u x x u u u u u u A i i n j i i i j j i n n n n = −  =               = = + ③ （n＋1）n/2次运算

) 中图学技术大荸学系 University of Science and Technology of China DEPARTMENT OF MATHEMATICS 对方程组,作如下的变换,解不变 ①交换两个方程的次序 ②一个方程的两边同时乘以一个非0的数 ③一个方程的两边同时乘以一个非0数,加到另一个方程 因此,对应的对增广矩阵(A,b),作如下的变换,解不变 ①交换矩阵的两行 ②某一行乘以一个非0的数 ③某一个乘以一个非0数,加到另一行 消元法就是对增广矩阵作上述行的变换,变为我们已知的3种类型之一,而后求根

数 学 系 University of Science and Technology of China DEPARTMENT OF MATHEMATICS 对方程组，作如下的变换，解不变 ①交换两个方程的次序 ②一个方程的两边同时乘以一个非0的数 ③一个方程的两边同时乘以一个非0数，加到另一个方程 因此，对应的对增广矩阵(A，b)，作如下的变换，解不变 ①交换矩阵的两行 ②某一行乘以一个非0的数 ③某一个乘以一个非0数，加到另一行 消元法就是对增广矩阵作上述行的变换，变为我们已知的3种类型之一，而后求根

) 中图学技术大荸学系 University of Science and Technology of China DEPARTMENT OF MATHEMATICS >高斯消元法: 思首先将4化为上三角阵,再回代求解。 路 (1) 13 12 n 22 00 (3) 000

数 学 系 University of Science and Technology of China DEPARTMENT OF MATHEMATICS ➢ 高斯消元法： 思 路 首先将A化为上三角阵，再回代求解 。               n n n n n n n a a a b a a a b a a a b         1 2 21 22 2 2 11 12 1 1 = (1) (1) (1) (1) (1) 11 12 13 1 1 (2) (2) (2) (2) 22 23 2 2 (3) (3) (3) 33 3 3 ( ) ( ) 0 0 0 0 0 0 n n n n n nn n a a a a b a a a b a a b a b                

) 中图学技术大荸学系 University of Science and Technology of China DEPARTMENT OF MATHEMATICS 步骤如下 第一步:第1行 d+第行,=2 。● 12 12 0 (2) (2) a21m2 0 (2) nn 运算量:(n-1)(1+m)

数 学 系 University of Science and Technology of China DEPARTMENT OF MATHEMATICS 步骤如下： 第一步： i i n a ai 1 , 2, , 1 1 1 + =  − 第 行 第 行               n n n n n n n a a a b a a a b a a a b         1 2 2 1 2 2 2 2 1 1 1 2 1 1               (2) (2) (2) 2 (2) 2 (2) 2 (2) 22 11 12 1 1 0 0 n n n n n n a a b a a b a a a b         运算量： (n-1)*(1+n)

) 中图学技术大荸学系 University of Science and Technology of China DEPARTMENT OF MATHEMATICS 第二步:第2行×a2 第行,i=3 12 13 a,n b, 12 0 2) (2 (2 (2) 2) 22 2n 00 3)(3) 33 3n 0 (2) 2) n2 (3) 3) 运算量:(m-2)*(1+n-1)=(m-2)n

数 学 系 University of Science and Technology of China DEPARTMENT OF MATHEMATICS                 (3) (3) (3) 3 (3) 3 (3) 3 (3) 3 3 (2) 2 (2) 2 (2) 2 3 (2) 2 2 1 1 1 2 1 3 1 1 0 0 0 0 0 n n n n n n n a a b a a b a a a b a a a a b           运算量： (n-2)*(1+n-1)=(n-2)n 第二步： i i n a ai 2 , 3, , (2) 2 2 (2) 2 + =  − 第 行 第 行               (2) (2) (2) 2 (2) 2 (2) 2 (2) 22 11 12 1 1 0 0 n n n n n n a a b a a b a a a b        

中图苔技术大荸数学系 University of Science and Technology of China DEPARTMENT OF MATHEMATICS 类似的做下去,我们有: 第k步 第k行×-ak+第i行,=k+1…,n 运算量:(mn-k(1+n-k+1)=(mn-k(m-k+2 n-l步以后,我们可以得到变换后的矩阵为: 12 13 0 (2) (2 00 (3) (3) (3) 000 (n) nn

数 学 系 University of Science and Technology of China DEPARTMENT OF MATHEMATICS 第k步： i i k n a a k kk k i k k , 1, , ( ) ( ) + = +  − 第 行 第 行 类似的做下去，我们有： 运算量： (n－k)*(1＋n－k＋1)=(n－k)(n－k＋2)                 ( ) ( ) (3) 3 (3) 3 (3) 3 3 (2) 2 (2) 2 (2) 2 3 (2) 2 2 1 1 1 2 1 3 1 1 0 0 0 0 0 0 n n n n n n n n a b a a b a a a b a a a a b           n－1步以后，我们可以得到变换后的矩阵为：