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@ybtang21c 2021-11-08T16:26:37.000000Z 字数 22790 阅读 2030

4.1 矩阵的三角分解

高等工程数学 讲义 2021



内容回顾


三角矩阵


上(下)三角阵的性质

  1. 上(下)三角阵的和、差、乘积、逆仍是上(下)三角阵
  2. 单位上(下)三角阵的乘积、逆仍为单位上(下)三角阵

    • 系数矩阵 为三角阵时,非齐次线性方程组 比较容易求解

4.1.1 三角分解

若方阵 可写为

其中 单位下三角阵上三角阵,则称 三角分解(或 LR分解Doolittle分解LU分解


LR分解的应用

若方阵 有三角分解 , 令

则可考虑非齐次线性方程组 可分解为两个非齐次线性方程组

  1. 前推方程组
  2. 后退方程组

    • 利用三角矩阵的特性可以大大减少原方程组求解的计算量

前推方程组

按照 的次序进行求解


后退方程组

按照 的次序进行求解


LR 分解的存在性


定理 阶可逆方阵 有唯一的 LR 分解,当且仅当 的前 阶顺序主子式


证明充分性: 的顺序主子式 .





证明必要性: 设可逆矩阵 存在 LR 分解:


4.1.2 三角分解的求解


Gauss 消元法求三角分解

的 LR 分解.




是否存在 LR 分解?


带行交换的 LR 分解

定理 是可逆方阵,则存在置换矩阵 ,使得 有唯一的三角分解,即

称以上 LR 分解为 带行交换的 LR 分解


的带行交换的 LR 分解.



于是 .



待定系数法求三角分解

考虑 阶可逆方阵 有三角分解 ,其中

利用行列式的乘法可得到一系列等式关系,进而可由其解出 中所有的待定数值.


求解公式


  1. ......

Doolittle 紧凑计算格式


用 LR 分解法求解线性方程组




迭代过程






4.1.3 LDR 分解

若方阵 是可逆的,则有三角分解

其中 是单位下三角阵, 是上三角阵.



的LDR分解.


4.1.3 正定矩阵的平方根分解



的平方根分解.


方法一:Gauss消元法



方法二:待定系数法

.


Crout 分解


小结

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