это быстро и бесплатно
Оформите заказ сейчас и получите скидку 100 руб.!
Ознакомительный фрагмент работы:
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ІНФОРМАТИКИ
по чисельним методам
на тему:”Стійкість СЛАР”
Суми 2005
Зміст
1. Постановка задачі.
2. Теоретична частина.
а) характеристичний многочлен
в) метод Левeр’є
б) критерій Калашнікова
Текст програми
Приклад
Список літератури
Постановка задачі
Дана система лінійних алгебраїчних рівнянь. Необхідно дослідити її на стійкість. Знайти характеристичний многочлен методом Левур’є. Зробити відповідні висновки щодо її стійкості.
Теоретична частина
Характеристичний многочлен
Нехай дана квадратна матриця А=[aij]. Розглянемо лінійне перетворення
у=Ах (1)
де х,у n-вимірні вектори (стовпові матриці) деякого, взагалі кажучи, комплексного n-вимірного простору.
Ненульовий вектор називається власним вектором даної матриці (або визначуваного нею лінійного перетворення), якщо в результаті відповідного лінійного перетворення цей вектор переходить в колінеарний йому, тобто якщо перетворений вектор відрізняється від початкового тільки скалярним множником.
Інакше кажучи, вектор х¹0 називається власним вектором матриці А, якщо ця матриця переводить вектор х у вектор
Ах=lx (2)
Число l, стоїть в рівності (2), називається власним значенням, або характеристичним числом, матриці А, відповідним даному власному вектору х.
Теорема 1. В комплексному векторному просторі кожне лінійне перетворення (матриця) має щонайменше один дійсний або комплексний власний вектор.
Доведення. нехай А ¾ матриця лінійного перетворення. Власні вектори матриці А є ненульовими розв'язками матричного рівняння
Ах=lх
або
(А- lЕ)х=0 (3)
де матриця (А- lЕ) називається характеристичною матрицею. Рівняння (3) представляє собою лінійну однорідну систему, яка має ненульові розв'язки тоді і лише тоді, коли визначник системи рівний нулю, тобто повинна виконуватися умова
det(А- lЕ)=0. (4)
Визначник (4) називається характеристичним (віковим) визначником матриці А, а рівняння (4) називається характеристичним (віковим) рівнянням матриці А. В розгорненому вигляді характеристичне рівняння (4) запишеться таким чином:
а11-l а12 ... а1n
а21 а22-l ... а2n =0
an1 an2 ann-l
або
ln-d1ln-1+d2ln-2- ...+(-1)n-1dn-1l+(-1)ndn=0. (5)
Поліном, що стоїть в лівій частині рівняння (5), називається характеристичним поліномом матриці А. Коефіцієнти його di(i=1,2,…,n) визначаються за наступними правилами. Коефіцієнт d1=.
Це число називається услід матриці А і позначається так: d1=Sp А. Коефіцієнт d2 є сума всіх діагональних мінорів другого порядку матриці А. Взагалі, коефіцієнт dk є сума всіх діагональних мінорів k-го порядку матриці А. Зрештою, вільний член dn рівний визначнику матриці А:
dn=det А.
Характеристичне рівняння (5) є алгебраїчне рівняння n-ої степені відносно l і, отже, як доводиться в алгебрі, має щонайменше один дійсний або комплексний корінь. Нехай l1 l2,… lm(m£n) — різні корені рівняння (5). Ці корені називаються власними значеннями, або характеристичними числами, матриці А, а сукупність всіх власних значень називається спектром матриці А. Візьмемо який-небудь корінь l=lj і підставимо його в рівняння (4). Тоді будемо мати (А-ljЕ)х=0 або, в розгорненому вигляді
(а11-lj)х1+а12х2+…+а1nxn=0
а21х1+(а22-lj)х2+ ...+а2nxn=0
an1х1+an2х2+ ...+(ann-lj)xn=0. . . . . . . . . . . . (6)
Оскільки визначник системи (6) det(А-ljЕ)=0, то ця система явно має ненульові розв'язки, які і є власними векторами матриці А, відповідними власному значенню lj. Якщо ранг матриці А-ljЕ рівний r(r<n), то існує k=n r лінійно незалежних власних векторів
х(1j), х(2j) ...,х(kj)
відповідаючих кореню lj. Теорема доведена.
Метод Левер’є
Відомо багато інших способів одержання характеристичного многочлена.
Розглянемо метод Левер’є, що дозволяє вирішити проблему власних значень, в основу якого покладено обчислювання слідів степенів матриці А. Вказаний метод потребує більшої кількості операцій, ніж метод Данилевського, але зовсім не чутливий до частинних особливостей матриці, зокрема ”провалів” проміжних визначників.
Нехай характеристичний поліном матриці А записано у вигляді (5) де
l1, l2, l3, .........ln – його корені, серед яких деякі можуть бути рівні. Позначимо
(7)
Суми , k=1-n степенів коренів многочлена зв’язані з коефіцієнтами рівняння ( 5) формулами Ньютона
k= 1,…..,n (8)
Якщо обчислити сліди ,……., матриць , ….., ,то з (8) можна послідовно обчислити коефіцієнти
Покажемо, як визначаються числа :
Оскільки матриця має своїми власними значеннями числа ,… то
.
Таким чином, процес обчислення зводиться до послідовного обчислення степенів матриці А, обчислення їх слідів (суми діагональних елементів ) і, нарешті , до розв’язання рекурентної системи (8). Обчислення n степенів матриці А (в останньої матриці (А) треба знайти тільки діагональні елементи) потребує великої кіолькості одноманітних операцій , які легко реалізуються за доомогою ПВМ. Кількість необхідних за методом Левер’є множень дорівнює ½(-1)(2-2++2) )
Зазначимо, що при обчисленні степенів матриці корисно здійснювати контроль за допомогою стовпця , що складається із сум елементів кожного рядка матриці А .
Результат множення матриці А на цей стовпець повинен збігатися з аналогічним стовпцем матриці . Дійсно, нехай– стовпець сум матриці А :- стовпець сум матриці . Нехай U (1,2….1). Тоді
=AU; =U =A
Очевидно сказане вірне й для інших степенів.
Визначивши з допомогою вказаного методу коефіцієнти характеристичного полінома вигляду (5), знаходимо його кореня, які є шуканими власними значеннями.
Реалізація методу на прикладі.
Знайти характеристичний многочлен методом Левур’є.
1 -1 1
А = 4 6 -1
4 4 1
У відповідності із методом Левер’є будуємо степені (к=2,3)
1 -1 1 1 -1 1 1 -3 3
= 4 6 -1 * 4 6 -1 = 24 28 -3
4 4 1 4 4 1 24 24 1
1 -1 1 1 -3 3 1 -7 7
= 4 6 -1 * 24 28 -3 = 124 132 -7
4 4 1 24 24 1 124 124 1
Звідси
=1+6+1=8;
=1+28+1=30;
=1+132+1=134
Відповідно до формул (8) маємо
=8
1/2(30-8*8)=-17
1/3(134-8*30-17*8)=10
Згідно методу дістанемо
Текст програми
program leverie;
uses wincrt;
type matr=array[1..10,1..10] of real;
mas=array[1..10] of real;
var n,i,j,k,l,g,v:integer;
p,s:mas;
a,b,c:matr;
stiykist:real;
procedure mnogmatr(a,b:matr;n:integer; var c:matr);
begin
for i:=1 to n do
for j:=1 to n do
c[i,j]:=0;
for k:=1 to n do
for i:=1 to n do
for j:=1 to n do
begin
c[k,i]:= c[k,i]+a[j,i]*b[k,j];
end;
end;
begin
writeln('vvedit rozmirnict matrici n=');
readln(n);
writeln('vvedit koeficienti matrici');
for i:=1 to n do
for j:=1 to n do
begin
write('a[',i,',',j,']=');
readln(a[i,j]);
end;
for i:=1 to n do
for j:=1 to n do
c[i,j]:=a[i,j];
for i:=1 to n do
s[1]:=s[1]+a[i,i];
p[1]:=s[1];
for l:=2 to n do
begin
for i:=1 to n do
for j:=1 to n do
b[i,j]:=c[i,j];
mnogmatr(a,b,n,c);
for j:=1 to n do
s[l]:=s[l]+c[j,j];
for k:=1 to l do
p[l]:=p[l]-p[k]*s[l-k];
p[l]:=(s[l]+p[l])/l;
end;
writeln('haracteristichniy mnogochlen');
g:=n; v:=0;
repeat
write(p[g]:2:3,'*l^',v,'+');
g:=g-1; v:=v+1;
until g=0;
writeln('-l^',v,'=0');
for i:=1 to n do
stiykist:=stiykist+abs(p[i]);
if stiykist>1 then writeln('sistema ne stiyka') else writeln('sistema stiyka');
end.
Приклад
Перевірити на стійкість систему Аx=B
-0.77 -0.44 0.21 -0.18 -1,24
А= 0.45 1.23 0.06 0 x= В = 0,88
0.26 0.34 -1.11 0 -0,64
0.05 -0.26 0.34 -1.12 1,17
За допомогою програми будуємо характеристичний многочлен, за яким ця ж програма визначає стійкість системи характеристичний многочлен –
l4 + 1.77l3 - 0.598l2 - 2.306l - 0.949 = 0.
Список літератури
1. Я.М. Григоренко, Н.Д. Панкратова «Обчислювальні методи» 1995р.
2. В.Д. Гетмнцев «Лінійна алгебра і лінійне програмування» 2001р.
3. Д. Мак-Кракен, У. Дорн «Программирование на ФОРТРАНЕ» 1997г
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»
Работы выполняют эксперты в своём деле. Они ценят свою репутацию, поэтому результат выполненной работы гарантирован
Ежедневно эксперты готовы работать над 1000 заданиями. Контролируйте процесс написания работы в режиме онлайн
Тема :Проведение лечебно-диагностических мероприятий при энзоотической...
Курсовая, Выполнение лечебно-диагностических ветеринарных манипуляций
Срок сдачи к 26 окт.
74. Проблемы и перспективы оптимизации предоставления государственных и муниципальных услуг населению на базе многофункциональных центров
ВКР, Государственное и муниципальное управление
Срок сдачи к 1 дек.
Собор 1917-1918 года. Деяния и результаты.
Презентация, Религия (История русской Православной Церкви)
Срок сдачи к 9 нояб.
выполнить задание, файл прикреплен, все что выделено красным поменять...
Решение задач, Строительная механика
Срок сдачи к 30 нояб.
Выпускная квалификационная работа по специальности экомическая...
ВКР, Экономическая безопасность
Срок сдачи к 1 дек.
Аббревиация телекоммуникационных терминов русского языка
Практическая работа, Синтаксис
Срок сдачи к 26 окт.
Спецкурс по проектированию железобетонных и каменных конструкций
Контрольная, Спецкурс по проектированию железобетонных и каменных конструкций
Срок сдачи к 6 нояб.
Проектная деятельность библиотеки по сохранению исторической памяти и формированию патриотизма у молодёжи"
Магистерская диссертация, Менеджмент социально-культурной деятельности
Срок сдачи к 26 окт.
Заполните форму и узнайте цену на индивидуальную работу!