E-mail:galoispure@gmail - dsec.pku.edu.cndsec.pku.edu.cn/~kli/teach/chat3.pdf · ) ) ) 5 5 5 ê ê...
Transcript of E-mail:galoispure@gmail - dsec.pku.edu.cndsec.pku.edu.cn/~kli/teach/chat3.pdf · ) ) ) 5 5 5 ê ê...
)))���555���êêê���§§§|||������������{{{
ooonnn
ÄÄÄ������£££
Gauss������{{{
������nnn���©©©))){{{
���þþþ���êêêÚÚÚÝÝÝ���êêê
)))���555���êêê���§§§|||������������{{{
on
�Æ�ó§O�XêÆ�ÆÆ�
�®�ÆE-mail:[email protected]
October 12, 2007
)))���555���êêê���§§§|||������������{{{
ooonnn
ÄÄÄ������£££
Gauss������{{{
������nnn���©©©))){{{
���þþþ���êêêÚÚÚÝÝÝ���êêê
n������555���êêê���§§§|||���LLL���ªªª
a11x1 + a12x2 + ... + a1nxn = b1a21x1 + a22x2 + ... + a2nxn = b2
...an1x1 + an2x2 + ... + annxn = bn
(1)
)))���555���êêê���§§§|||������������{{{
ooonnn
ÄÄÄ������£££
Gauss������{{{
������nnn���©©©))){{{
���þþþ���êêêÚÚÚÝÝÝ���êêê
ÝÝÝLLL«««
I
Ax = b (2)
I Ù¥
A =
a11 a12 ... a1n
a21 a22 ... a2n...
......
an1 an2 ... ann
x =
x1
x2...xn
b =
b1
b2...
bn
(3)
)))���555���êêê���§§§|||������������{{{
ooonnn
ÄÄÄ������£££
Gauss������{{{
������nnn���©©©))){{{
���þþþ���êêêÚÚÚÝÝÝ���êêê
nnnØØØ(((JJJÚÚÚOOO���úúúªªª
I )��35µeA�Ûɧ=det A 6= 0§K�5�ê�§|(1)�)�3��"
I Cramer{KµO�þ��§Ø·u¦)n ≥ 4��5�ê�§|"
)))���555���êêê���§§§|||������������{{{
ooonnn
ÄÄÄ������£££
Gauss������{{{
������nnn���©©©))){{{
���þþþ���êêêÚÚÚÝÝÝ���êêê
Gauss^̂̂SSS������{{{���ÄÄÄ���ggg���
ÏL��=z¤þn��5�§|
A =
a(1)11 a
(1)12 ... a
(1)1n
a(2)22 ... a
(2)2n
. . ....
a(n)nn
x1
x2...xn
=
b1
b2...
bn
(4)
)))���555���êêê���§§§|||������������{{{
ooonnn
ÄÄÄ������£££
Gauss������{{{
������nnn���©©©))){{{
���þþþ���êêêÚÚÚÝÝÝ���êêê
Gauss^̂̂SSS������{{{úúúªªª
I
[Ak+1|bk+1] = Lk(−lk)[Ak |bk ] (5)
I
Lk(−lk) = I − lkeTk (6)
Ù¥lk = (0, ..., 0, lk+1k , ..., lnk)T§lik =a(k)ik
a(k)kk
, i =
k + 1, ..., n
)))���555���êêê���§§§|||������������{{{
ooonnn
ÄÄÄ������£££
Gauss������{{{
������nnn���©©©))){{{
���þþþ���êêêÚÚÚÝÝÝ���êêê
£££���{{{¦¦¦)))þþþnnn������§§§
I
A(n)x = b(n) (7)
I {xn = b
(k)n /a
(n)nn
xk = (bkk −
∑nj=k+1 a
(k)kj xj)/a
(k)kk , k = n − 1, ..., 2, 1
(8)
)))���555���êêê���§§§|||������������{{{
ooonnn
ÄÄÄ������£££
Gauss������{{{
������nnn���©©©))){{{
���þþþ���êêêÚÚÚÝÝÝ���êêê
½½½nnn3.1
A = (aij) ∈ Rn×n�Ûɧ���^SÌfª
∆k = detAk =
∣∣∣∣∣∣∣a11 . . . a1k...
...an1 . . . ann
∣∣∣∣∣∣∣ 6= 0, k = 1, 2, ..., n − 1
(9)
Ka(k)kk 6= 0
)))���555���êêê���§§§|||������������{{{
ooonnn
ÄÄÄ������£££
Gauss������{{{
������nnn���©©©))){{{
���þþþ���êêêÚÚÚÝÝÝ���êêê
������{{{ÚÚÚLU©©©)))
I lÝC��Ýw
Ln−1(−ln−1)Ln−2(−ln−2) · · ·L1(−l1)A = A(n) = U (10)
I 5¿�L−1k (−lk) = Lk(lk)u´k
A = L−11 (−l1)L
−12 (−l2) · · ·L−1
n−1(−ln−1)A(n) = LU (11)
)))���555���êêê���§§§|||������������{{{
ooonnn
ÄÄÄ������£££
Gauss������{{{
������nnn���©©©))){{{
���þþþ���êêêÚÚÚÝÝÝ���êêê
LU©©©)))���LLL���ªªª
I L�L�ª
L = L−11 (−l1)L
−12 (−l2) · · · L−1
n−1(−ln−1)
= L1(l1)L2(l2) · · · Ln−1(ln−1)
=
1l21 1...
.... . .
ln1 ln2 . . . 1
I
U = A(n) =
a(1)11 a
(1)12 ... a
(1)1n
a(2)22 ... a
(2)2n
. . ....
a(n)nn
)))���555���êêê���§§§|||������������{{{
ooonnn
ÄÄÄ������£££
Gauss������{{{
������nnn���©©©))){{{
���þþþ���êêêÚÚÚÝÝÝ���êêê
ÀÀÀÌÌÌ���������{{{
I ��
I ��
)))���555���êêê���§§§|||������������{{{
ooonnn
ÄÄÄ������£££
Gauss������{{{
������nnn���©©©))){{{
���þþþ���êêêÚÚÚÝÝÝ���êêê
Doolittle©©©))){{{
I ¦)
LUx = b (12)
-Ux = y§¦)
Ly = b Ux = y (13)
I ��^ݦ{¦UÚL
)))���555���êêê���§§§|||������������{{{
ooonnn
ÄÄÄ������£££
Gauss������{{{
������nnn���©©©))){{{
���þþþ���êêêÚÚÚÝÝÝ���êêê
Doolittle©©©))){{{OOO���úúúªªª(1)
I '�
A =
a11 a12 ... a1n
a21 a22 ... a2n...
......
an1 an2 ... ann
=
1l21 1...
.... . .
ln1 ln2 . . . 1
u11 u12 ... u1n
u22 ... u2n
. . ....
unn
I á=��
u1j = a1j , j = 1, 2, ..., n;
li1 =ai1
u11.
)))���555���êêê���§§§|||������������{{{
ooonnn
ÄÄÄ������£££
Gauss������{{{
������nnn���©©©))){{{
���þþþ���êêêÚÚÚÝÝÝ���êêê
Doolittle©©©))){{{OOO���úúúªªª(2)
I ®�U�i − 11ÚL�ci − 1�§Kk
aij = uij +i−1∑k=1
likukj , j = i , i + 1, ..., n
¦U�i1§
uij = aij −i−1∑k=1
likukj , j = i , i + 1, ..., n (14)
I ¦L�i�§Kk
lij =1
ujj(aij −
j−1∑k=1
likukj), i = i , j + 1, ..., n (15)
)))���555���êêê���§§§|||������������{{{
ooonnn
ÄÄÄ������£££
Gauss������{{{
������nnn���©©©))){{{
���þþþ���êêêÚÚÚÝÝÝ���êêê
nnnééé������555���§§§|||���JJJ`̀̀{{{(1)
A =
b1 c12a2 b2 c2
. . .. . .
. . .
an−1 bn−1 cn−1
an bn
=
1l2 1
l3. . .. . . 1
ln 1
u1 c1
u2 c2
. . .. . .
un−1 cn−1
un
)))���555���êêê���§§§|||������������{{{
ooonnn
ÄÄÄ������£££
Gauss������{{{
������nnn���©©©))){{{
���þþþ���êêêÚÚÚÝÝÝ���êêê
ééé������555���§§§|||���JJJ`̀̀{{{(2)
I A´é�Ó`|b1| > |c1| > 0|bi | ≥ |ai |+ |ci |, aici 6= 0, i = 2, 3, ..., n − 1|bn| > |an| > 0
(16)
I O�úª
u1 = b1, li =ai
ui−1, ui = bi − lici−1, i = 2, 3, ..., n
(17)
I ¦)Ly = fÚUx = y
y1 = f1, yi = fi − liyi−1, i = 2, 3, ..., n (18)
xn =yn
un, xi =
yi − cixi+1
ui, i = n − 1, ..., 2, 1 (19)
)))���555���êêê���§§§|||������������{{{
ooonnn
ÄÄÄ������£££
Gauss������{{{
������nnn���©©©))){{{
���þþþ���êêêÚÚÚÝÝÝ���êêê
Cholesky©©©))){{{���²²²������{{{
I A´é¡�½
A =
a11 a12 ... a1n
a21 a22 ... a2n...
......
an1 an2 ... ann
=
l11
l21 l22...
.... . .
ln1 ln2 . . . lnn
l11 l21 ... ln1
l22 ... ln2
. . ....
lnn
I
ljj = (ajj −j−1∑k=1
l2jk)1/2, j = 1, 2, ..., n (20)
lij = (aij −j−1∑k=1
lik ljk)/ljj , i = j + 1, ..., n (21)
)))���555���êêê���§§§|||������������{{{
ooonnn
ÄÄÄ������£££
Gauss������{{{
������nnn���©©©))){{{
���þþþ���êêêÚÚÚÝÝÝ���êêê
���þþþ���êêê
I ½Â3.1µ XJ�þx ∈ Rn�,�¢�¼êN(x),P�||x ||÷vµ(1)||x || ≥ 0§��=�x = 0��Ò¤á£�½5¤(2)||αx || = |α|||x ||, α ∈ R(àg5)(3)||x + y || ≤ ||x ||+ ||y ||(n�Ø�ª)
I n«~��þ�ê
(1)1-�êµ||x ||1 =∑n
i=1 |xi |(2)2-�êµ||x ||2 = (
∑ni=1 x2
i )1/2
(3)∞-�êµ||x ||∞ = max1≤i≤n |xi |p-�êµ||x ||p = (
∑ni=1 xp
i )1/p
)))���555���êêê���§§§|||������������{{{
ooonnn
ÄÄÄ������£££
Gauss������{{{
������nnn���©©©))){{{
���þþþ���êêêÚÚÚÝÝÝ���êêê
ÝÝÝ���êêê
I ½Â3.2µ XJA ∈ Rn×n�,�¢�¼êN(A),P�||A||÷vµ(1)||A|| ≥ 0§��=�A = 0��Ò¤á£�½5¤(2)||αA|| = |α|||A||, α ∈ R(àg5)(3)||A + B|| ≤ ||A||+ ||B||(n�Ø�ª)(4)||AB|| ≤ ||A||||B||�N5^�µ
||Ax || ≤ ||A||||x ||
I ½Â3.3µ�x ∈ Rn§A ∈ Rn×n§�½,«�þ�
ê|| · ||ν§�±½Â
||A||ν = maxx 6=0
||Ax ||ν||x ||ν
)))���555���êêê���§§§|||������������{{{
ooonnn
ÄÄÄ������£££
Gauss������{{{
������nnn���©©©))){{{
���þþþ���êêêÚÚÚÝÝÝ���êêê
���þþþÚÚÚÝÝÝ���êêê(1)
I ½n3.6
I ½n3.7
||A||∞ = max1≤i≤n
n∑j=1
|aij |
||A||1 = max1≤j≤n
n∑i=1
|aij |
||A||2 =√
λmax(ATA)
I Frobenius�ê
||A||F = (n∑
i ,j=1
a2ij)
1/2
)))���555���êêê���§§§|||������������{{{
ooonnn
ÄÄÄ������£££
Gauss������{{{
������nnn���©©©))){{{
���þþþ���êêêÚÚÚÝÝÝ���êêê
���þþþÚÚÚÝÝÝ���êêê(2)
I Ì�»ρ(A) = max |λ(A)|I �ê�d5
I ½n3.9 �B ∈ Rn×n�||B|| < 1§KI − B�Ûɧ�
||(I − B)−1|| ≤ 1
1− ||B||
)))���555���êêê���§§§|||������������{{{
ooonnn
ÄÄÄ������£££
Gauss������{{{
������nnn���©©©))){{{
���þþþ���êêêÚÚÚÝÝÝ���êêê
^̂̂���êêê
I A�ÛÉcond(A) = ||A||||A−1||
I
cond(A) ≥ 1 cond(A) = cond(A−1)
cond(αA) = cond(A)
cond(A)2 =λ1
λn
)))���555���êêê���§§§|||������������{{{
ooonnn
ÄÄÄ������£££
Gauss������{{{
������nnn���©©©))){{{
���þþþ���êêêÚÚÚÝÝÝ���êêê
ØØØ���©©©ÛÛÛ
½n3.10HilbertÝ