Всё сдал! - помощь студентам онлайн Всё сдал! - помощь студентам онлайн

Реальная база готовых
студенческих работ

Узнайте стоимость индивидуальной работы!

Вы нашли то, что искали?

Вы нашли то, что искали?

Да, спасибо!

0%

Нет, пока не нашел

0%

Узнайте стоимость индивидуальной работы

это быстро и бесплатно

Получите скидку

Оформите заказ сейчас и получите скидку 100 руб.!


Метод прогонки решения систем с трехдиагональными матрицами коэффициентов

Тип Реферат
Предмет Математика
Просмотров
934
Размер файла
22 б
Поделиться

Ознакомительный фрагмент работы:

Метод прогонки решения систем с трехдиагональными матрицами коэффициентов

Магнитогорский Государственный Технический Университет имени Г.И.Носова

Кафедра математики

Реферат

Тема: Метод прогонки решения систем с трехдиагональными

матрицами коэффициентов

Выполнил: студент группы ЭА-04-2

Романенко Н.А.

Проверил: Королева В.В.

Магнитогорск 2004

Часто возникает необходимость в решении линейных алгебраических систем, матрицы которых, являясь слабо заполненными, т.е. содержащими немного ненулевых элементов, имеют определённую структуру. Среди таких систем выделим системы с матрицами ленточной структуры, в которых ненулевые элементы располагаются на главной диагонали и на нескольких побочных диагоналях. Для решения систем с ленточными матрицами коэффициентов метод Гаусса можно трансформировать в более эффективные методы.

Рассмотрим наиболее простой случай ленточных систем, к которым, как увидим впоследствии, сводится решение задач сплайн-интерполяции функций, дискретизации краевых задач для дифференциальных уравнений методами конечных разностей, конечных элементов и др. А именно, будем искать решение такой системы, каждое уравнение которой связывает три “соседних” неизвестных:

bixi-1+cixi+dixi=ri(1)

где i=1,2,...,n; b1=0, dn=0. Такие уравнения называются трехточечными разностными уравнениями второго порядка. Система (1) имеет трёхдиагональную структуру, что хорошо видно из следующего, эквивалентного (1), векторно-матричного представления:

c1 d10 0 ... 0 0 0 x1 r1

b2 c2 d20...0 0 0 x2 r2

0 b3 c3 d3...0 0 0 x3 r3

. . . . ... . . . * ... = ...

0 0 0 0 ... bn-1cn-1dn-1 xn-1 rn-1

0 0 0 0 ... 0 bncnxn rn

Как и в решении СЛАУ методом Гаусса, цель избавится от ненулевых элементов в поддиаганальной части матрицы системы, предположим, что существуют такие наборы чисел δi и λi (i=1,2,...,n), при которых

xi= δixi+1+ λi(2)

т.е. трехточечное уравнение второго порядка (1) преобразуется в двухточечное уравнение первого порядка (2). Уменьшим в связи (2) индекс на единицу и полученое выражение xi-1= δi-1xi+ λi-1подставим в данное уравнение (1):

biδi-1 xi+ biλi-1+ cixi+ dixi+1= ri

откуда

xi= -((di /( ci+ biδi-1)) xi-1+(ri - biλi-1)/( ci - biδi-1)).

Последнее равенство имеет вид (2) и будет точно с ним совпадать, иначе говоря, представление (2) будет иметь место, если при всех i=1,2,…,nвыполняются рекуррентные соотношения

δi = -di /( ci+ biδi-1) , λi=(ri - biλi-1)/( ci - biδi-1) (3)

Легко видеть, что, в силу условия b1=0, процесс вычисления δi, λi может быть начат со значений

δ1 = - d1/ c1 , λ1 =r1/c1

и продолжен далее по формулам (3) последовательно при i=2,3,...,n, причем при i=n, в силу dn=0, получим δn=0.Следовательно, полагая в (2) i=n,будем иметь

xn = λn = (rnbnλn-1)/( cnbnδn-1)

(где λn-1 , δn-1уже известные с предыдущего шага числа). Далее по формулам (2) последовательно находятся xn-1, xn-2 ,…, x1 при i=n-1, n-2,...,1 соответственно.

Таким образом, решение уравнений вида (1) описываем способом, называемым методом прогонки, сводится к вычислениям по трём простым формулам: нахождение так называемых прогоночных коэффициентов δi, λiпо формулам (3) при i=1,2,…,n(прямая прогонка) и затем неизвестных xi по формуле (2) при i=n-1, n-2,...,1 (обратная прогонка).

Для успешного применения метода прогонки нужно, чтобы в процессе вычислений не возникало ситуаций с делением на нуль, а при больших размерностях систем не должно быть строгого роста погрешностей округлений.

Будем называть прогонку корректной, если знаменатели прогоночных коэффициентов (3) не обращаются в нуль, и устойчивой, если |δi|<1 при всех i{1,2,...,n}.

Приведем простые достаточные условия корректности и устойчивости прогонки, которые во многих приложениях метода автоматически выполняются.

Теорема

Пусть коэффициенты biи diуравнения (1) при i=2,3,...,n-1 отличны от нуля и пусть

|ci|>|bi|+|di| i=1,2,…,n. (4)

Тогда прогонка (3), (2) корректна и устойчива (т.е. сi+biδi-10,i|<1).

Д о к а з а т е л ь с т в о. Воспользуемся методом математической индукции для установления обоих нужных неравенств одновременно.

При i=1, в силу (4), имеем:

|c1|>|d1|≥0

- неравенство нулю первой пары прогоночных коэффициентов, а так же

1|=|-d1/c1|<1

Предположим, что знаменатель (i-1)-x прогоночных коэффициентов не равен нулю и что i-1|<1. Тогда, используя свойства модулей, условия теоремы и индукционные предположения, получаем:

|сi+biδi-1|≥|ci| - |biδi-1|>|bi|+|di| - |bi|*|δi-1|= |di|+|bi|(1 - |δi-1|)> |di|>0

а с учетом этого

|δi|=|- di/ сi+biδi-1|=|δi|/| сi+biδi-1|<|δi|/|δi|=1

Следовательно, сi+biδi-1 0 и i|<1 при всех i{1,2,...,n}, т.е. имеет место утверждаемая в данных условиях корректность и устойчивость прогонки. Теорема доказана.

Пусть А – матрица коэффициентов данной системы (1), удовлетворяющих условиям теоремы, и пусть

δ1= - d1/ c1 , δi=|- di/ ci+biδi-1(i=2,3,...,n-1),δn=0

- прогоночные коэффициенты, определяемые первой из формул (3), а

i= сi+biδi-1 (i=2,3,...,n)

- знаменатели этих коэффициентов (отличные от нуля согласно утверждению теоремы). Непосредственной проверкой легко убедится, что имеет место представление A=LU, где

c1 0 0 0 ... 0 0 0

b2 20 0...0 0 0

L=0b3 3 0 ...0 0 0

…………………………

0 0 0 0 ... bn-1 n-1 0

0 0 0 0 ... 0 bnn


1 -δ10 0 ... 0 0 0

01 δ2 0...0 0 0

U=0 01δ3 ...0 0 0

…………………………

0 0 0 0 ... 0 1 -δn-1

0 0 0 0 ... 0 0 1

Единственное в силу утверждение теоремы LU-разложения матриц. Как видим, LU-разложение трехдиагональной матрицы А может быть выполнено очень простым алгоритмом, вычисляющем i δiпри возрастающих значениях i. При необходимости попутно может быть вычислен

n

det A = c1i .

i=2

В заключение этого пункта заметим, что, во-первых, имеются более слабые условия корректности и устойчивости прогонки, чем требуется в теореме условие строгого диагонального преобладания в матрице А. Во-вторых, применяется ряд других, отличных от рассмотрения нами правой прогонки, методов подобного типа, решающих как поставленную здесь задачу (1) для систем с трехдиагональными матрицами (левая прогонка, встречная прогонка, немонотонная, циклическая, ортогональная прогонки и т.д.), так и для более сложных систем с матрицами ленточной структуры или блочно-матричной структуры (например, матричная прогонка).


Список используемой литературы

В.М. Вержбитский «Численные методы. Линейная алгебра и нелинейные уравнения», Москава «Высшая школа 2000».


Нет нужной работы в каталоге?

Сделайте индивидуальный заказ на нашем сервисе. Там эксперты помогают с учебой без посредников Разместите задание – сайт бесплатно отправит его исполнителя, и они предложат цены.

Цены ниже, чем в агентствах и у конкурентов

Вы работаете с экспертами напрямую. Поэтому стоимость работ приятно вас удивит

Бесплатные доработки и консультации

Исполнитель внесет нужные правки в работу по вашему требованию без доплат. Корректировки в максимально короткие сроки

Гарантируем возврат

Если работа вас не устроит – мы вернем 100% суммы заказа

Техподдержка 7 дней в неделю

Наши менеджеры всегда на связи и оперативно решат любую проблему

Строгий отбор экспертов

К работе допускаются только проверенные специалисты с высшим образованием. Проверяем диплом на оценки «хорошо» и «отлично»

1 000 +
Новых работ ежедневно
computer

Требуются доработки?
Они включены в стоимость работы

Работы выполняют эксперты в своём деле. Они ценят свою репутацию, поэтому результат выполненной работы гарантирован

avatar
Математика
История
Экономика
icon
159599
рейтинг
icon
3275
работ сдано
icon
1404
отзывов
avatar
Математика
Физика
История
icon
156450
рейтинг
icon
6068
работ сдано
icon
2737
отзывов
avatar
Химия
Экономика
Биология
icon
105734
рейтинг
icon
2110
работ сдано
icon
1318
отзывов
avatar
Высшая математика
Информатика
Геодезия
icon
62710
рейтинг
icon
1046
работ сдано
icon
598
отзывов
Отзывы студентов о нашей работе
63 457 оценок star star star star star
среднее 4.9 из 5
Филиал государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования Московской област
Спасибо Елизавете за оперативность. Так как это было важно для нас! Замечаний особых не бы...
star star star star star
РУТ
Огромное спасибо за уважительное отношение к заказчикам, быстроту и качество работы
star star star star star
ТГПУ
спасибо за помощь, работа сделана в срок и без замечаний, в полном объеме!
star star star star star

Последние размещённые задания

Ежедневно эксперты готовы работать над 1000 заданиями. Контролируйте процесс написания работы в режиме онлайн

решить 6 практических

Решение задач, Спортивные сооружения

Срок сдачи к 17 дек.

только что

Задание в microsoft project

Лабораторная, Программирование

Срок сдачи к 14 дек.

только что

Решить две задачи №13 и №23

Решение задач, Теоретические основы электротехники

Срок сдачи к 15 дек.

только что

Решить 4задачи

Решение задач, Прикладная механика

Срок сдачи к 31 дек.

только что

Выполнить 2 задачи

Контрольная, Конституционное право

Срок сдачи к 12 дек.

2 минуты назад

6 заданий

Контрольная, Ветеринарная вирусология и иммунология

Срок сдачи к 6 дек.

4 минуты назад

Требуется разобрать ст. 135 Налогового кодекса по составу напогового...

Решение задач, Налоговое право

Срок сдачи к 5 дек.

4 минуты назад

ТЭД, теории кислот и оснований

Решение задач, Химия

Срок сдачи к 5 дек.

5 минут назад

Решить задание в эксель

Решение задач, Эконометрика

Срок сдачи к 6 дек.

5 минут назад

Нужно проходить тесты на сайте

Тест дистанционно, Детская психология

Срок сдачи к 31 янв.

6 минут назад

Решить 7 лабораторных

Решение задач, визуализация данных в экономике

Срок сдачи к 6 дек.

7 минут назад

Вариационные ряды

Другое, Статистика

Срок сдачи к 9 дек.

8 минут назад

Школьный кабинет химии и его роль в химико-образовательном процессе

Курсовая, Методика преподавания химии

Срок сдачи к 26 дек.

8 минут назад

Вариант 9

Решение задач, Теоретическая механика

Срок сдачи к 7 дек.

8 минут назад

9 задач по тех меху ,к 16:20

Решение задач, Техническая механика

Срок сдачи к 5 дек.

9 минут назад
9 минут назад
10 минут назад
planes planes
Закажи индивидуальную работу за 1 минуту!

Размещенные на сайт контрольные, курсовые и иные категории работ (далее — Работы) и их содержимое предназначены исключительно для ознакомления, без целей коммерческого использования. Все права в отношении Работ и их содержимого принадлежат их законным правообладателям. Любое их использование возможно лишь с согласия законных правообладателей. Администрация сайта не несет ответственности за возможный вред и/или убытки, возникшие в связи с использованием Работ и их содержимого.

«Всё сдал!» — безопасный онлайн-сервис с проверенными экспертами

Используя «Свежую базу РГСР», вы принимаете пользовательское соглашение
и политику обработки персональных данных
Сайт работает по московскому времени:

Вход
Регистрация или
Не нашли, что искали?

Заполните форму и узнайте цену на индивидуальную работу!

Файлы (при наличии)

    это быстро и бесплатно