Тема: Решение СЛАУ итерационным методом в MathCAD.
Цель: изучение приемов численного решения систем линейных уравнений с помощью функций MathCAD.
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с теоретическими положениями.
2. Рассмотреть пример решения СЛАУ итерационным методом в MathCAD.
3. Выполнить практическое задание.
4. Ответить на контрольные вопросы.
Содержание отчета
1. Тема, цель работы.
2. Практическое задание:
2.1. Постановка задачи.
2.2. Результаты выполнения.
3. Ответы на контрольные вопросы.
4. Вывод.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Итерационные методы – это методы, позволяющие получить решение системы с заданной точностью путем сходящихся итерационных процессов (метод итерации, метод Зейделя и др.).
Вследствие неизбежных округлений результаты даже точных методов являются приближенными. При использовании итерационных методов, сверх того, добавляется погрешность метода.
Эффективное применение итерационных методов существенно зависит от удачного выбора начального приближения и быстроты сходимости процесса.
Метод простых итераций
Пусть дана линейная система (1).
(1)
Систему (1) коротко можно записать в виде матричного уравнения:
Ах = b,
(2)
Предполагая, что диагональные коэффициенты
aij ¹ 0 (i = 1, 2, …, n),
разрешим первое уравнение системы (1) относительно х1, второе – относительно х2 и т. д. Тогда получим эквивалентную систему
(3)
где
при i ¹ j
и a ij = 0 при i = j (i, j = 1, 2, …, n).
Введя матрицы
Систему (3) можно записать в матричной форме
x = b + ax,
а любое (k + 1) приближение вычисляется по формуле
x (k+1) = b + ax (k).
(4)
Напишем формулы приближений в развернутом виде:
(4¢)
Приведем достаточное условие сходимости метода итераций.
Теорема:Процесс итерации для приведенной линейной системы (18) сходится к единственному ее решению, если какая-нибудь каноническая норма матрицы a меньше единицы, т.е. для итерационного процесса (19) достаточное условие есть
(5)
Следствие 1. Процесс итерации для системы (3) сходится, если:
1) < 1 (m-норма или неопределенная норма)
или
2) < 1 (l-норма или норма L1)
или
3) < 1 (k-норма или Евклидова норма).
Следствие 2. Для системы (1) процесс итерации сходится, если выполнены неравенства:
1)
или
2) ,
где штрих у знака суммы означает, что при суммировании пропускаются значения i = j, т. е. сходимость имеет место, если модули диагональных элементов матрицы А системы (1) или для каждой строки превышают сумму модулей недиагональных элементов этой строки, или же для каждого столбца превышают сумму модулей недиагональных элементов этого столбца.