ÿþW i a d o m o [c i w s t p n e W y b r a n e d e f i n i c j e i t w i e r d z e n i a R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o m e t o d y n u m e r y c z n e
A L G E B R A I C Z N Y P R O B L E M W AA S N Y
M A T E M A T Y K A S T O S O W A N A I M E T O D Y N U M E R Y C Z N E
B u d o w n i c t w o , s t u d i a I s t o p n i a , s e m e s t r I I I
r o k a k a d e m i c k i 2 0 1 0 / 2 0 1 1
I n s t y t u t L - 5 , W y d z i a B I n |y n i e r i i L d o w e j , P o l i t e c h n i k a K r a k o w s k a
E w a P a b i s e k
A d a m W o s a t k o
M A T E M A T Y K A S T O S O W A N A I M E T O D Y N U M E R Y C Z N E A L G E B R A I C Z N Y P R O B L E M W AA S N Y
W i a d o m o [c i w s t p n e W y b r a n e d e f i n i c j e i t w i e r d z e n i a R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o m e t o d y n u m e r y c z n e
C z y m j e s t p r o b l e m w Ba s n y ?
A l g e b r a i c z n y p r o b l e m w Ba s n y d e f i n i c j a
W t e o r i i u k Ba d ó w l i n i o w y c h d l a u k Ba d u l i n i o w y c h r ó w n a D a l g e b r a i c z n y c h
o z w y k Be j p o s t a c i :
A x = y ,
g d z i e A n × n j e s t m a c i e r z k w a d r a t o w , w y r ó |n i a s i :
1 ) p e w n d a n w i e l k o [ w e j [c i o w y ( s y g n a B w e j [c i o w y )
2 ) i p o s z u k i w a n w i e l k o [ w y j [c i o w x ( s y g n a B w y j [c i o w y ) .
R ó w n a n i e t o p r z e d s t a w i a o d w z o r o w a n i e w e k t o r a x w w e k t o r y .
I s t o t a l g e b r a i c z n e g o p r o b l e m u w Ba s n e g o j e s t p o s z u k i w a n i e t a k i e g o
s y g n a Bu w e j [c i o w e g o y , d o k t ó r e g o b y Bb y p r o p o r c j o n a l n y s y g n a B
w y j [c i o w y x . Z a t e m p o w i n i e n z a c h o d z i z w i z e k :
y = » x ,
w k t ó r y m » j e s t s k a l a r n y m w s p ó Bc z y n n i k i e m p r o p o r c j o n a l n o [c i .
O t r z y m u j e m y o g ó l n p o s t a s t a n d a r d o w e g o p r o b l e m u w Ba s n e g o :
A x = » x l u b ( A - » I ) x = 0
M A T E M A T Y K A S T O S O W A N A I M E T O D Y N U M E R Y C Z N E A L G E B R A I C Z N Y P R O B L E M W AA S N Y
W i a d o m o [c i w s t p n e W y b r a n e d e f i n i c j e i t w i e r d z e n i a R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o m e t o d y n u m e r y c z n e
C z y m j e s t p r o b l e m w Ba s n y ?
A l g e b r a i c z n y p r o b l e m w Ba s n y d e f i n i c j a
S t a n d a r d o w y p r o b l e m w Ba s n y m a p o s t a :
A x = » x l u b ( A - » I ) x = 0
x
y = A x y = » x
x
i n n y k i e r u n e k t e n s a m k i e r u n e k = k o l i n e a r n o [
i n n a n o r m a i n n a n o r m a
A l g e b r a i c z n y p r o b l e m w Ba s n y s p r o w a d z a s i z a t e m d o p o s z u k i w a n i a
r o z w i z a D j e d n o r o d n e g o u k Ba d u l i n i o w y c h r ó w n a D a l g e b r a i c z n y c h ,
w k t ó r y m m a c i e r z w s p ó Bc z y n n i k ó w A - » I z a l e |y o d j e d n e g o
p a r a m e t r u ».
M A T E M A T Y K A S T O S O W A N A I M E T O D Y N U M E R Y C Z N E A L G E B R A I C Z N Y P R O B L E M W AA S N Y
W i a d o m o [c i w s t p n e W y b r a n e d e f i n i c j e i t w i e r d z e n i a R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o m e t o d y n u m e r y c z n e
R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o
R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o
P r o b l e m w Ba s n y ( A - » I ) x = 0 m a n i e t r y w i a l n e r o z w i z a n i e x = 0
t y l k o w t e d y , g d y :
d e t ( A - » I ) = 0
Z a j m i e m y s i t a k i m i a l g e b r a i c z n y m i p r o b l e m a m i w Ba s n y m i , o k t ó r y c h
b d z i e w i a d o m o a p r i o r i , |e m a j d o k Ba d n i e n l i n i o w o n i e z a l e |n y c h
r o z w i z a D, p r z y c z y m n o k r e [l a r o z m i a r m a c i e r z y A n × n .
R o z w i z a n i e m p r o b l e m u w Ba s n e g o j e s t z a t e m c a By z b i ó r n p a r w Ba s n y c h :
( »i , x i ) , i = 1 , 2 , . . . , n
u p o r z d k o w a n y p r z e z r e l a c j e »1 »2 . . . »n .
W a r t o [c i »i , i = 1 , 2 , . . . , n n a z y w a m y w a r t o [c i a m i w Ba s n y m i
r o w i z y w a n e g o p r o b l e m u . K a |d e j w a r t o [c i w Ba s n e j o d p o w i a d a
w e k t o r w Ba s n y x i . Z b i ó r w a r t o [c i w Ba s n y c h »i , i = 1 , 2 , . . . , n
o z n a c z a m y S p ( A ) i n a z y w a m y w i d m e m ( s p e k t r u m ) m a c i e r z y A ,
a l i c z b m a x | »i | j e j p r o m i e n i e m s p e k t r a l n y m Á( A ) .
i
M A T E M A T Y K A S T O S O W A N A I M E T O D Y N U M E R Y C Z N E A L G E B R A I C Z N Y P R O B L E M W AA S N Y
W i a d o m o [c i w s t p n e W y b r a n e d e f i n i c j e i t w i e r d z e n i a R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o m e t o d y n u m e r y c z n e
R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o
W e k t o r w Ba s n y d o w o l n a d Bu g o [
J e |e l i ( »i , x i ) j e s t p a r w Ba s n m a c i e r z y A , t o j e j p a r w Ba s n j e s t t a k |e
w ( »i , c x i ) , g d z i e c j e s t d o w o l n y m s k a l a r e m r ó |n y m o d z e r a .
W y n i k a t o z f a k t u , |e j e |e l i x i j e s t r o z w i z a n i e m r ó w n a n i a :
( A - »i I ) x i = 0
t o j e g o r o z w i z a n i e m b d z i e r ó w n i e | c x i ( c = 0 ) , g d y | s p e Bn i a o n o
r ó w n a n i e :
( A - »i I ) ( c x i ) = 0
W e k t o r w Ba s n y j e s t w i c o k r e [l o n y t y l k o z d o k Ba d n o [c i d o k i e r u n k u ,
n a t o m i a s t j e g o d Bu g o [ m o |e b y d o w o l n a .
M A T E M A T Y K A S T O S O W A N A I M E T O D Y N U M E R Y C Z N E A L G E B R A I C Z N Y P R O B L E M W AA S N Y
W i a d o m o [c i w s t p n e W y b r a n e d e f i n i c j e i t w i e r d z e n i a R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o m e t o d y n u m e r y c z n e
R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o
U n o r m o w a n y w e k t o r w Ba s n y
D l a w y g o d y i z a p e w n i e n i a j e d n o z n a c z n o [c i r o z w i z a n i a p r o b l e m u
w Ba s n e g o w e k t o r y w Ba s n e p o d d a j e s i n o r m a l i z a c j i .
J e [l i x i m a n p . n o r m | | x i | | = ±i , t o u n o r m o w a n y w e k t o r w Ba s n y u i
o j e d n o s t k o w e j d Bu g o [c i | | u i | | = 1 o t r z y m u j e m y m n o |c x i p r z e z s k a l a r c i :
| | u i | | = | | c i x i | | = | c i | · | | x i | | = | c i | ±i = 1 ’! | c i | = 1 / ±i
J e |e l i w a r t o [c i w Ba s n e »i s p e Bn i a j r e l a c j e »1 »2 . . . »n , t o m a c i e r z
U u t w o r z o n a z k o l e j n y c h w e k t o r ó w w Ba s n y c h :
îø ùø
u 1 1 u 1 2 · · · u 1 n
ïø
u 2 1 u 2 2 · · · u 2 n úø
ïø úø
U = [ u 1 , u 2 , . . . , u n ] =
ðø ûø
· · · · · · · · · · · ·
u n 1 u n 2 · · · u n n
j e s t o r t o n o r m a l n a , t z n . U U T = U T U = I .
M A T E M A T Y K A S T O S O W A N A I M E T O D Y N U M E R Y C Z N E A L G E B R A I C Z N Y P R O B L E M W AA S N Y
W i a d o m o [c i w s t p n e W y b r a n e d e f i n i c j e i t w i e r d z e n i a R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o m e t o d y n u m e r y c z n e
R ó w n a n i e c h a r a k t e r y s t y c z n e
R ó w n a n i e c h a r a k t e r y s t y c z n e
P o r o z w i n i c i u w y z n a c z n i k a d e t ( A - » I ) = 0 o t r z y m u j e m y r ó w n a n i e
w i e l o m i a n o w e w ( ») z n a n e j a k o r ó w n a n i e c h a r a k t e r y s t y c z n e
d e t ( A - » I ) = w ( ») =
( 1 ) n »n - a 1 »n - 1 + a 2 »n - 2 + . . . - a n - 1 » + a n = 0
o p i e r w i a s t k a c h »i , i = 1 , 2 , . . . , n , k t ó r e s w a r t o [c i a m i w Ba s n y m i ,
a r o z w i z a n i a x i u k Ba d u ( A - » I ) x = 0 s w e k t o r a m i w Ba s n y m i
m a c i e r z y A .
T r a d y c y j n e r o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o p o l e g a n a :
1
o b l i c z e n i u w a r t o [c i w Ba s n y c h j a k o p i e r w i a s t k ó w r ó w n a n i a
c h a r a k t e r y s t y c z n e g o ,
2
r o z w i z a n i u r ó w n a D ( l i n i o w o z a l e |n y c h ) ( A - »i I ) x i = 0 ,
t z n . w y z n a c z e n i u w e k t o r ó w w Ba s n y c h x i
M A T E M A T Y K A S T O S O W A N A I M E T O D Y N U M E R Y C Z N E A L G E B R A I C Z N Y P R O B L E M W AA S N Y
W i a d o m o [c i w s t p n e W y b r a n e d e f i n i c j e i t w i e r d z e n i a R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o m e t o d y n u m e r y c z n e
R ó w n a n i e c h a r a k t e r y s t y c z n e
R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o
n a p o d s t a w i e r ó w n a n i a c h a r a k t e r y s t y c z n e g o
P r z y k Ba d :
Z n a l e z w a r t o [c i w Ba s n e i w e k t o r y w Ba s n e m a c i e r z y :
îø ùø
1 - 1 0
ðø ûø
A = - 1 2 - 1
0 - 1 1
R o z w i z a n i e :
R ó w n a n i e c h a r a k t e r y s t y c z n e m a p o s t a :
1 - » - 1 0
d e t ( A - »I ) = - 1 2 - » - 1 = - »3 + 4 »2 - 3 » = 0 .
0 - 1 1 - »
W a r t o [c i w Ba s n e w y n o s z o d p o w i e d n i o : »1 = 0 ; »2 = 1 ; »3 = 3 .
M A T E M A T Y K A S T O S O W A N A I M E T O D Y N U M E R Y C Z N E A L G E B R A I C Z N Y P R O B L E M W AA S N Y
W i a d o m o [c i w s t p n e W y b r a n e d e f i n i c j e i t w i e r d z e n i a R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o m e t o d y n u m e r y c z n e
R ó w n a n i e c h a r a k t e r y s t y c z n e
R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o
n a p o d s t a w i e r ó w n a n i a c h a r a k t e r y s t y c z n e g o
W e k t o r y w Ba s n e s r o z w i z a n i a m i u k Ba d u :
( A - » I ) x = 0 .
W y z n a c z n i k m a c i e r z y j e s t z e r e m c o o z n a c z a , |e r ó w n a n i a n i e s l i n i o w o
n i e z a l e |n e . D l a t e g o , m o |n a d o w o l n i e p r z y j j e d e n z e l e m e n t ó w x a
n a s t p n i e z d w ó c h r ó w n a D w y z n a c z y p o z o s t a Be s k Ba d n i k i r o z w i z a n i a .
M A T E M A T Y K A S T O S O W A N A I M E T O D Y N U M E R Y C Z N E A L G E B R A I C Z N Y P R O B L E M W AA S N Y
W i a d o m o [c i w s t p n e W y b r a n e d e f i n i c j e i t w i e r d z e n i a R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o m e t o d y n u m e r y c z n e
R ó w n a n i e c h a r a k t e r y s t y c z n e
R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o
n a p o d s t a w i e r ó w n a n i a c h a r a k t e r y s t y c z n e g o
W e k t o r w Ba s n y o d p o w i a d a j c y »3 = 3 ,
j e s t r o z w i z a n i e m r ó w n a n i a ( A - » I ) x = 0 g d z i e » = »3 .
îø ùø îø ùø îø ùø
1 ) 1 - 1 0 x 1 0
ðø ûø ðø ðø ûø
2 ) - 1 2 - 1 x 2 ûø = 0
3 ) 0 - 1 1 x 3 0
P o p r z y j c i u n p . x 1 = 1 ,
z r ó w n a n i a 1 ) o b l i c z a m y x 2 = - 2 a n a s t p n i e z r ó w n i a 3 ) x 3 = 1 .
W e k t o r w Ba s n y o d p o w i a d a j c y w a r t o [c i w Ba s n e j »3 = 3 m a p o s t a :
îø ùø
1
ðø ûø
x 3 = - 2 .
1
M A T E M A T Y K A S T O S O W A N A I M E T O D Y N U M E R Y C Z N E A L G E B R A I C Z N Y P R O B L E M W AA S N Y
W i a d o m o [c i w s t p n e W y b r a n e d e f i n i c j e i t w i e r d z e n i a R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o m e t o d y n u m e r y c z n e
R ó w n a n i e c h a r a k t e r y s t y c z n e
R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o
n a p o d s t a w i e r ó w n a n i a c h a r a k t e r y s t y c z n e g o
P o z o s t a Be d w a w e k t o r y w Ba s n e m a j p o s t a :
îø ùø îø ùø
1 1
ðø ûø ðø ûø
x 2 = 0 x 1 = 1 .
- 1 1
D l a w y g o d y , w e k t o r y w Ba s n e s p r z e s t a w i a n e j a k o k o l u m n y m a c i e r z y X .
W r o z w a |a n y m p r z y k Ba d z i e :
îø ùø
1 1 1
ðø ûø
X = [ x 1 x 2 x 3 ] = 1 0 - 2 .
1 - 1 1
P o z n o r m a l i z o w a n i u , w e k t o r y w Ba s n e p r z y j m u j p o s t a :
" " "
îø ùø
1 / 1 / 2 1 /
"3 "6
ðø ûø
u = 1 /
"3 "0 - 2 / "6 .
1 / 3 - 1 / 2 1 / 6
M A T E M A T Y K A S T O S O W A N A I M E T O D Y N U M E R Y C Z N E A L G E B R A I C Z N Y P R O B L E M W AA S N Y
W i a d o m o [c i w s t p n e W y b r a n e d e f i n i c j e i t w i e r d z e n i a R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o m e t o d y n u m e r y c z n e
P r o b l e m w Ba s n y w y b r a n e d e f i n i c j e
W d a l s z y m c i g u p r z y t o c z o n e z o s t a n w y b r a n e d e f i n i c j e i t w i e r d z e n i a
d o t y c z c y c h m a c i e r z y s y m e t r y c z n y c h .
D e f i n i c j a 1 .
M a c i e r z A n a z y w a m y d i a g o n a l n i e d o m i n u j c , j e |e l i m o d u By e l e m e n t ó w
n a j e j p r z e k a t n e j s n i e m n i e j s z e o d s u m y m o d u Bó w p o z o s t a By c h
e l e m e n t ó w z t e g o w i e r s z a :
n
| a i i | | a i k | , i = 1 , 2 , . . . , n
k = 1 , k = i
D e f i n i c j a 2 .
I l o r a z e m R a y l e i g h a n a z y w a m y w y r a |e n i e p o w s t a j c e n a p o d s t a w i e
r ó w n o [c i A x i = »i x i p o m n o |o n e j l e w o s t r o n n i e p r z e z x T :
i
x T A x i
i
x T A x i = »i x T x i ’! »i =
i i
x T x i
i
M A T E M A T Y K A S T O S O W A N A I M E T O D Y N U M E R Y C Z N E A L G E B R A I C Z N Y P R O B L E M W AA S N Y
W i a d o m o [c i w s t p n e W y b r a n e d e f i n i c j e i t w i e r d z e n i a R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o m e t o d y n u m e r y c z n e
P r o b l e m w Ba s n y w y b r a n e t w i e r d z e n i a
T w i e r d z e n i e 1 .
W a r t o [c i i w e k t o r y w Ba s n e m a c i e r z y s y m e t r y c z n e j s r z e c z y w i s t e .
T w i e r d z e n i e 2 .
W a r t o [c i w Ba s n e m a c i e r z y s y m e t r y c z n e j i d o d a t n i o o k r e [l o n e j s d o d a t n i e .
T w i e r d z e n i e 3 .
W e k t o r y w Ba s n e m a c i e r z y s y m e t r y c z n e j o d p o w i a d a j c e r ó |n y m
w a r t o [c i o m w Ba s n y m s w z a j e m n i e o r t o g o n a l n e t z n . x T x = I
T w i e r d z e n i e 4 .
J e |e l i w a r t o [c i a m i w Ba s n y m i m a c i e r z y A s l i c z b y »i t o w a r t o [c i a m i
w Ba s n y m i m a c i e r z y o d w r o t n e j A - 1 s l i c z b y »- 1 ( i = 1 , 2 , . . . , n ) .
i
T w i e r d z e n i e 5 .
J e |e l i d o m a c i e r z y A d o d a m y d o w o l n m a c i e r z s k a l a r n µ I t o
S p ( A + µ I ) = S p ( A ) + µ . W i d m o m a c i e r z y A + µ I j e s t w i c z b i o r e m l i c z b :
»1 + µ , »2 + µ , . . . , »n + µ .
M A T E M A T Y K A S T O S O W A N A I M E T O D Y N U M E R Y C Z N E A L G E B R A I C Z N Y P R O B L E M W AA S N Y
W i a d o m o [c i w s t p n e W y b r a n e d e f i n i c j e i t w i e r d z e n i a R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o m e t o d y n u m e r y c z n e
T w i e r d z e n i a G e r s z g o r i n a
o l o k a l i z a c j i w a r t o [c i w Ba s n y c h
T w i e r d z e n i e 6 .
T w i e r d z e n i a G e r s z g o r i n a s Bu |y d o o k r e [l e n i a g l o b a l n y c h p r z e d z i a Bó w
w a r t o [c i w Ba s n y c h m a c i e r z y A t z n . g r a n i c w k t ó r y c h z a w a r t e s w s z y s t k i e
w a r t o [c i w Ba s n e .
U p r o s z c z o n e t w i e r d z e n i e d l a m a c i e r z y s y m e t r y c z n y c h :
J e [l i » j e s t w a r t o [c i w Ba s n A , t o
a i - R i » a i + R i , i = 1 , 2 , . . . , n
g d z i e
n
a i = A i i R i = | A i j |
j = 1 j = i
Z t e g o w y n i k a , |e g l o b a l n e g r a n i c e w k t ó r y c h z a w i e r a j s i w a r t o [c i
w Ba s n e s :
»m i n m i n ( a i - R i ) »m a x m a x ( a i + R i )
i i
M A T E M A T Y K A S T O S O W A N A I M E T O D Y N U M E R Y C Z N E A L G E B R A I C Z N Y P R O B L E M W AA S N Y
W i a d o m o [c i w s t p n e W y b r a n e d e f i n i c j e i t w i e r d z e n i a R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o m e t o d y n u m e r y c z n e
T w i e r d z e n i e G e r s z g o r i n a p r z y k Ba d z a s t o s o w a n i a
Z a s t o s o w a t w i e r d z e n i e G e r s z g o r i n a d l a z l o k a l i z o w a n i a w a r t o [c i w l a s n y c h
m a c i e r z y A :
îø ùø
1 . 5 - 1 . 0 0 . 0
ðø ûø
A = - 1 . 0 4 . 0 0 . 5
0 . 0 0 . 5 2 . 0
R o z w i z a n i e :
a 1 1 = 1 . 5 a 2 2 = 4 . 0 a 3 3 = 2 . 0
R 1 = | - 1 . 0 | + 0 . 0 = 1 . 0 R 2 = | - 1 . 0 | + 0 . 5 = 1 . 5 R 3 = 0 . 0 + 0 . 5 = 0 . 5
R 1
1 2 3 4 5 6
»
R 3
R 2
»m i n m i n ( a i - R i ) = 0 . 5 »m a x m a x ( a i + R i ) = 5 . 5
i i
M A T E M A T Y K A S T O S O W A N A I M E T O D Y N U M E R Y C Z N E A L G E B R A I C Z N Y P R O B L E M W AA S N Y
W i a d o m o [c i w s t p n e W y b r a n e d e f i n i c j e i t w i e r d z e n i a R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o m e t o d y n u m e r y c z n e
M e t o d a p o t g o w a
I d e a m e t o d y p o t g o w e j
M e t o d a t a s Bu |y d o w y z n a c z a n i a p o j e d y n c z e j w a r t o [c i w Ba s n e j ,
o n a j w i k s z y m m o d u l e , m a c i e r z y A s t o p n i a n i o d p o w i a d a j c e g o j e j
w e k t o r a w Ba s n e g o x .
M e t o d a p o l e g a n a i t e r a c y j n y m g e n e r o w n i u c i g u w e k t o r ó w :
x ( 1 ) = A x ( 0 ) , x ( 2 ) = A x ( 1 ) , . . . , x ( k ) = A x ( k - 1 ) , . . .
P o u d a n y m w y b o r z e s t a r t o w e g o w e k t o r a w Ba s n e g o x ( 0 ) , w k o l e j n y c h
p r z y b l i |e n i a c h c i g j e s t z b i e |n y d o w e k t o r a w Ba s n e g o x 1 o d p o w i a d a j c e g o
w a r t o [c i w Ba s n e j »1 .
M A T E M A T Y K A S T O S O W A N A I M E T O D Y N U M E R Y C Z N E A L G E B R A I C Z N Y P R O B L E M W AA S N Y
W i a d o m o [c i w s t p n e W y b r a n e d e f i n i c j e i t w i e r d z e n i a R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o m e t o d y n u m e r y c z n e
M e t o d a p o t g o w a
Z a s a d a d z i a Ba n i a m e t o d y p o t g o w e j
Z a k Ba d a m y , |e i s t n i e j u n o r m o w a n e w e k t o r y w Ba s n e u i , i = 1 , 2 , . . . , n
m a c i e r z y A . W e k t o r y t e t w o r z p e w n b a z p r z e s t r z e n i R n :
U = [ u 1 , u 2 , . . . , u n ]
D z i k i t e m u k a |d y w e k t o r x " R n m o |e m y p r z e d s t a w i j a k o k o m b i n a c j
l i n i o w w e k t o r ó w w Ba s n y c h :
n
x ( 0 ) = ¾i u i
i = 1
g d z i e ¾i o z n a c z a i - t w s p ó Br z d n w e k t o r a x ( 0 ) l i c z o n w z g l d e m
p r z y j t e j b a z y .
M A T E M A T Y K A S T O S O W A N A I M E T O D Y N U M E R Y C Z N E A L G E B R A I C Z N Y P R O B L E M W AA S N Y
W i a d o m o [c i w s t p n e W y b r a n e d e f i n i c j e i t w i e r d z e n i a R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o m e t o d y n u m e r y c z n e
M e t o d a p o t g o w a
Z a s a d a d z i a Ba n i a m e t o d y p o t g o w e j
D l a k a z d e j p a r y w Ba s n e j ( »i , u i ) m a m y A u i = »i u i . O t r z y m u j e m y :
n n n
x ( 1 ) = A x ( 0 ) = A ¾i u i = ¾i A u i = ¾i »i u i
i = 1 i = 1 i = 1
n n n
x ( 2 ) = A x ( 1 ) = A ¾i »i u i = ¾i »i A u i = ¾i »2 u i
i
i = 1 i = 1 i = 1
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
n n
k
»i
x ( k ) = ¾i »k u i = »k ¾1 u i + ¾i »1 u i
i 1
i = 1 i = 2
c z y l i
n
k
x ( k ) »i
= ¾1 u 1 + ¾i u i
»k »1
1
i = 1
M A T E M A T Y K A S T O S O W A N A I M E T O D Y N U M E R Y C Z N E A L G E B R A I C Z N Y P R O B L E M W AA S N Y
W i a d o m o [c i w s t p n e W y b r a n e d e f i n i c j e i t w i e r d z e n i a R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o m e t o d y n u m e r y c z n e
M e t o d a p o t g o w a
Z a s a d a d z i a Ba n i a m e t o d y p o t g o w e j
Z a k Ba d a j c , |e »1 j e s t n a j w i k s z c o d o m o d u Bu i p o j e d y n c z w a r t o [c i
w Ba s n , t z n . g d y :
| »1 | > | »2 | | »3 | . . . | »n | ,
o t r z y m u j e m y
k
»i
’! 0 d l a k ’! ", i = 1 , 2 , . . . , n
»1
o r a z
x ( k )
l i m = u 1 .
k ’!"
»k ¾1
1
M a j c p r z y b l i |o n y w e k t o r w Ba s n y u 1 m o |e m y w y k o r z y s t a t w i e r d z e n i e
R a y l e i g h a d o o b l i c z e n i a p r z y b l i |o n e j w a r t o [c i w Ba s n e j
( m a k s y m a l n e j c o d o m o d u Bu ) .
M A T E M A T Y K A S T O S O W A N A I M E T O D Y N U M E R Y C Z N E A L G E B R A I C Z N Y P R O B L E M W AA S N Y
W i a d o m o [c i w s t p n e W y b r a n e d e f i n i c j e i t w i e r d z e n i a R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o m e t o d y n u m e r y c z n e
M e t o d a p o t g o w a
M e t o d a p o t g o w a p r z y k Ba d
Z n a l e z n a j w i k s z w a r t o [ w Ba s n »m a x i o d p o w i a d a j c y j e j w e k t o r w Ba s n y x
m a c i e r z y A :
îø ùø îø ùø
1 . 5 1 . 0 0 1
ðø ûø ðø ûø
A = 1 . 0 4 . 0 0 . 5 , W e k t o r s t a r t o w y : x 0 = 0
0 0 . 5 2 . 0 0
R 1
1 2 3 4 5 6
»
R 3
R 2
»m a x m a x ( a i + R i ) = m a x ( 2 . 5 , 5 . 5 , 2 . 5 ) = 5 . 5 .
i
M A T E M A T Y K A S T O S O W A N A I M E T O D Y N U M E R Y C Z N E A L G E B R A I C Z N Y P R O B L E M W AA S N Y
W i a d o m o [c i w s t p n e W y b r a n e d e f i n i c j e i t w i e r d z e n i a R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o m e t o d y n u m e r y c z n e
M e t o d a p o t g o w a
M e t o d a p o t g o w a w y n i k i d l a p r z y k Ba d u
i t » u 1 u 2 u 3
0 0 . 0 0 0 0 0 1 . 0 0 0 0 0 0 . 0 0 0 0 0 0 . 0 0 0 0 0
1 1 . 5 0 0 0 0 0 . 8 3 2 0 5 0 . 5 5 4 7 0 0 . 0 0 0 0 0
2 3 . 1 9 2 3 1 0 . 5 0 7 1 8 0 . 8 5 8 3 0 0 . 0 7 8 0 3
3 4 . 2 8 2 3 4 0 . 3 7 3 4 2 0 . 9 1 7 7 9 0 . 1 3 4 9 7
4 4 . 4 2 4 2 8 0 . 3 3 3 6 2 0 . 9 2 8 2 4 0 . 1 6 4 5 2
5 4 . 4 3 9 6 8 0 . 3 2 1 7 4 0 . 9 2 9 8 3 0 . 1 7 8 6 2
6 4 . 4 4 1 8 1 0 . 3 1 7 9 8 0 . 9 2 9 8 6 0 . 1 8 5 0 9
7 4 . 4 4 2 1 6 0 . 3 1 6 7 0 0 . 9 2 9 7 1 0 . 1 8 8 0 0
8 4 . 4 4 2 2 3 0 . 3 1 6 2 3 0 . 9 2 9 6 1 0 . 1 8 9 2 8
9 4 . 4 4 2 2 4 0 . 3 1 6 0 5 0 . 9 2 9 5 5 0 . 1 8 9 8 5
1 0 4 . 4 4 2 2 4 0 . 3 1 5 9 7 0 . 9 2 9 5 3 0 . 1 9 0 1 0
1 1 4 . 4 4 2 2 4 0 . 3 1 5 9 4 0 . 9 2 9 5 2 0 . 1 9 0 2 1
1 2 4 . 4 4 2 2 4 0 . 3 1 5 9 3 0 . 9 2 9 5 1 0 . 1 9 0 2 6
1 3 4 . 4 4 2 2 4 0 . 3 1 5 9 2 0 . 9 2 9 5 1 0 . 1 9 0 2 8
1 4 4 . 4 4 2 2 4 0 . 3 1 5 9 2 0 . 9 2 9 5 1 0 . 1 9 0 3 0
M A T E M A T Y K A S T O S O W A N A I M E T O D Y N U M E R Y C Z N E A L G E B R A I C Z N Y P R O B L E M W AA S N Y
W i a d o m o [c i w s t p n e W y b r a n e d e f i n i c j e i t w i e r d z e n i a R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o m e t o d y n u m e r y c z n e
M e t o d a i t e r a c j i o d w r o t n e j
Z a s a d a d z i a Ba n i a m e t o d y i t e r a c j i o d w r o t n e j
M e t o d a t a s Bu |y d o o b l i c z e n i a n a j m n i e j s z e j c o d o m o d u Bu w a r t o [c i
w Ba s n e j i o d p o w i a d a j c e g o j e j w e k t o r a w Ba s n e g o .
W t y m c e l u r ó w n a n i e :
( A - »I ) x = 0
m n o |y m y p r z e z m a c i e r z A - 1 :
A - 1 ( A - »I ) x = 0 - ’! ( I - »A - 1 ) x = 0
C o p r o w a d z i d o :
( A 0 - »0 I ) x = 0
g d z i e :
A 0 = A - 1 »0 = 1 / ».
D z i k i t e m u t a k w a r t o [ w Ba s n m o |n a o b l i c z y m e t o d p o t g o w .
p r z y j m u j c m a c i e r z A - 1 z a m i a s t m a c i e r z y A .
M A T E M A T Y K A S T O S O W A N A I M E T O D Y N U M E R Y C Z N E A L G E B R A I C Z N Y P R O B L E M W AA S N Y
W i a d o m o [c i w s t p n e W y b r a n e d e f i n i c j e i t w i e r d z e n i a R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o m e t o d y n u m e r y c z n e
M e t o d a i t e r a c j i o d w r o t n e j
M e t o d a i t e r a c j i o d w r o t n e j p r z y k Ba d
d o r o z w i z a n i a
Z n a l e z n a j m n i e j s z w a r t o [ w Ba s n »m i n i o d p o w i a d a j c y j e j w e k t o r w Ba s n y x
m a c i e r z y A :
îø ùø îø ùø
1 . 5 1 . 0 0 1
ðø ûø ðø ûø
A = 1 . 0 4 . 0 0 . 5 W e k t o r s t a r t o w y : x 0 = 0
0 0 . 5 2 . 0 0
îø ùø
0 . 8 9 8 5 5 1 - 0 . 2 3 1 8 8 4 0 . 0 5 7 9 7 1
ðø ûø
A - 1 = - 0 . 3 4 7 8 2 6 0 . 3 4 7 8 2 6 - 0 . 0 8 6 9 5 7
0 . 0 8 6 9 5 7 - 0 . 0 8 6 9 5 7 0 . 5 2 1 7 3 9
R 1
»m i n m i n ( a i - R i ) = 0 . 5
i
1 2 3 4 5 6
»
R 3
R 2
M A T E M A T Y K A S T O S O W A N A I M E T O D Y N U M E R Y C Z N E A L G E B R A I C Z N Y P R O B L E M W AA S N Y
W i a d o m o [c i w s t p n e W y b r a n e d e f i n i c j e i t w i e r d z e n i a R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o m e t o d y n u m e r y c z n e
P r z e s u w a n i e w i d m a
P r z e s u w a n i e w i d m a
M e t o d i t e r a c j i o d w r o t n e j m o |n a u o g ó l n i n a p o s z u k i w a n i e w a r t o [c i
w Ba s n e j n a j b l i |s z e j |d a n e j w a r t o [c i µ .
W e zm y m a c i e r z : A 0 = ( A - µ I ) - 1 = ( A ) - 1 .
J e [l i m a c i e r z A m a w a r t o [ w Ba s n »i ,
t o m a c i e r z A = A - µ I m a w a r t o [ w Ba s n » = »i - µ ,
i
1 1
a m a c i e r z A 0 = ( A ) - 1 m a w a r t o [ w Ba s n » 0 = = .
» »i - µ
i
W n i o s e k :
J e [l i z n a j d z i e m y w a r t o [ w Ba s n m a c i e r z y A 0 ’! ( » )
i
t o z n a j d z i e m y n a j b l i |s z µ w a r t o [ w Ba s n m a c i e r z y A ,
k t ó r a w y n o s i :
1
»i = + µ .
»
M A T E M A T Y K A S T O S O W A N A I M E T O D Y N U M E R Y C Z N E A L G E B R A I C Z N Y P R O B L E M W AA S N Y
W i a d o m o [c i w s t p n e W y b r a n e d e f i n i c j e i t w i e r d z e n i a R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o m e t o d y n u m e r y c z n e
P r z e s u w a n i e w i d m a
P r z e s u w a n i e w i d m a p r z y k Ba d
îø ùø
1 . 5 1 . 0 0 1
ðø ûø
A = 1 . 0 4 . 0 0 . 5 , W e k t o r s t a r t o w y : x 0 = 0
0 0 . 5 2 . 0 0
W y n i k i :
µ i t » u 1 u 2 u 3
0 . 0 1 8 1 . 1 1 5 6 3 0 . 9 1 4 8 0 - 0 . 3 5 1 6 1 0 . 1 9 8 7 8
2 . 0 7 1 . 9 4 2 1 3 - 0 . 2 5 1 6 9 - 0 . 1 1 1 2 8 0 . 9 6 1 3 9
4 . 0 9 4 . 4 4 2 2 4 0 . 3 1 5 9 2 0 . 9 2 9 5 1 0 . 1 9 0 3 0
R 1
1 2 3 4 5 6
»
R 3
R 2
M A T E M A T Y K A S T O S O W A N A I M E T O D Y N U M E R Y C Z N E A L G E B R A I C Z N Y P R O B L E M W AA S N Y
W i a d o m o [c i w s t p n e W y b r a n e d e f i n i c j e i t w i e r d z e n i a R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o m e t o d y n u m e r y c z n e
U o g ó l n i o n y p r o b l e m w Ba s n y
U o g ó l n i o n y p r o b l e m w Ba s n y
( A - »B ) x = 0 l u b A x = »B x
g d z i e A i B s m a c i e r z a m i s y m e t r y c z n y m i o w y m i a r a c h n × n . D l a
m a c i e r z y s y m e t r y c z n y c h i d o d a t n i o o k r e [l o n y c h m o |n a p r z e k s z t a Bc i
o d p o w i e d n i u o g ó l n i o n y p r o b l e m w Ba s n y
w o d p o w i e d n i p r o b l e m s t a n d a r d o w y ( p r o s t y ) .
W y k o n u j c d e k o m p z y c j C h o l e s k i e g o d l a m a c i e r z y A o t r z y m u j e m y :
A = L L T - ’! L L T x = »B x .
P o w p r o w a d z e n i u t r a n s f o r m a c j i :
x = ( L - 1 ) T z
o t r z y m u j e m y :
L L T ( L - 1 ) T z = »B ( L - 1 ) T z
k t ó r e p o o b u s t r o n n y m p o m n o |e n i u p r z e z L - 1 m a p o s t a :
L - 1 L L T ( L - 1 ) T z = »L - 1 B ( L - 1 ) T z .
M A T E M A T Y K A S T O S O W A N A I M E T O D Y N U M E R Y C Z N E A L G E B R A I C Z N Y P R O B L E M W AA S N Y
W i a d o m o [c i w s t p n e W y b r a n e d e f i n i c j e i t w i e r d z e n i a R o z w i z a n i e p r o b l e m u w Ba s n e g o m e t o d y n u m e r y c z n e
U o g ó l n i o n y p r o b l e m w Ba s n y
U o g ó l n i o n y p r o b l e m w Ba s n y
L - 1 L L T ( L - 1 ) T z = »L - 1 B ( L - 1 ) T z .
P o n i e w a | L - 1 L = L T ( L - 1 ) T = I r ó w n a n i e z o s t a n i e z r e d u k o w a n e d o
p o s t a c i s t a n d a r d o w e j :
Ü
( Ã - »I ) Ü = 0 ( 1 )
x
g d z i e :
Ü
à = L - 1 B ( L - 1 ) T » = 1 / » Ü = L T x .
x
P o r o z w i z a n i u p r o b l e m u o p i s a n e g o r ó w n a n i e m ( 1 ) w a r t o [ w Ba s n
i w e k t o r w Ba s n y m o |n a o b l i c z y z e w z o r ó w :
Ü
» = 1 / » x = ( L - 1 ) T Ü
x
M A T E M A T Y K A S T O S O W A N A I M E T O D Y N U M E R Y C Z N E A L G E B R A I C Z N Y P R O B L E M W AA S N Y
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
W07 W08 SCRW07 08 WYKLADY TIORB 2007 MECHANIZACJA CALOSC z rysunkami0708z sk zlm w07Fund w07Gazownictwo w07ti w07PKM II w07 Czolowe przekladnie walcowe o zebach srubowychW07 Fizyka HaranW07 Dyskretna Zakrzewski (2)so w07 printPI w07inf2 w07m1 w07mt pn w07AM23 w07 Pochodne cząstkowe zastosowaniaW07 Przekształcenia 2Dwięcej podobnych podstron