Analiza numeryczna Ćwiczenia nr 4
Słowa kluczowe:
normy macierzy, twierdzenie residualne, NP algorytmów rozwiązywania układów równań lin-iowych
kAxk
1. Niech ⊗ kAk := sup
: x 6= 0
= max kAxk.
kxk
kxk=1
Pokazać, że (⊗) oznacza normę w M (n, m, R). (Jest to norma indukowana) 2. Pokazać, że dla normy operatorowej (⊗) zachodzi: (a) kABk ≤ kAk · kBk,
(b) kAxk ≤ kAk · kxk,
(c) kIk = 1.
3. Wykaż, że
n
X
(a) kAk1 = max
|aij|,
j=1,...,n i=1
p
(b) kAk2 =
λmax(AT A),
n
X
(c) kAk∞ = max
|aij|.
i=1,...,n j=1
4. Wykazać, że
√
((1 + 2)2−t z1, z2 ∈ C
(a) f l(z1z2) = (z1z2)(1 + ε), gdzie |ε| ≤1
2−t
z1, z2 ∈ R
√
n
!
n
(
X
X
(n − i + 2 +
2)2−t
ai, bi ∈ C
(b) f l
aibi
=
aibi(1 + εi), gdzie |εi| ≤1
(n − i + 2)2−t
a
i=1
i=1
i, bi ∈ R
5. Zanalizować w fl algorytm (naturalny) obliczania iloczynu macierzy dwóch macierzy A · B oraz macierzy przez wektor A · x.
6. Udowodnić następujące twierdzenie Tw 1 Algorytm rozwiązywania układu równań Ax = b jest NP ⇔ ∃K > 0 ∃E : (A + E)˜
x = b ,
gdzie kEk ≤1 K2−tkAk , ˜
x - wynik uzyskany w algorytmie.
7. Udowodnić twierdzenie residualne Tw 2 Algorytm rozwiązywania układu równań jest N P ⇔ ∃K > 0 : ∀Ax = b obliczony w f l wektor rsidualny r = f l(A˜
x − b) : spełnia krk ≤ K2−tkAkk˜
xk .
8. Zbadać wpływ zaburzeń danych na rozwiązanie układu równań Ax = b, gdy: (a) zaburzamy tylko prawą stronę układu, (b) zaburzamy jedynie macierz układu.