- •О. О. Абакумова «Обчислювальна математика-2»
- •Теоретичні відомості
- •Метод простої ітерації
- •Метод Гауса
- •Зразок виконання завдання
- •Приклади програм
- •Контрольні питання
- •Теоретичні відомості
- •Метод бісекції
- •Метод Ньютона (метод дотичних) Для уточнення наближеного розв’язку рівняння зручно використовуватиметод Ньютона, який також називають методом дотичних.
- •Зразок виконання завдання
- •Приклади програм
- •Контрольні питання
- •Теоретичні відомості.
- •Метод простої ітерації
- •Метод Ньютона
- •Зразок виконання завдання
- •Приклади програм
- •Контрольні питання
- •Теоретичні відомості
- •Метод Ейлера
- •Метод Ейлера з уточненням
- •Зразок виконання завдання
- •Приклади програм
- •Контрольні питання
- •Теоретичні відомості
- •Зразок виконання завдання
- •Приклад програми
- •Контрольні питання
- •Теоретичні відомості.
- •Метод золотого перетину
- •Зразок виконання завдання
- •Приклад програми
- •Контрольні питання
Теоретичні відомості
Запишемо систему n лінійних алгебраїчних рівнянь з n невідомими:
(1)
Сукупність коефіцієнтів цієї системи запишемо у вигляді таблиці:
(2)
Використовуючи поняття матриці, систему рівнянь (1) можна записати в матричному вигляді:
АХ=В,
де Х та В – вектор-стовпчик невідомих та вектор-стовпчик правих частин відповідно:
,
.
Необхідною
та достатньою умовою існування єдиного
розв’язку системи лінійних алгебраїчних
рівнянь (1) є умова
.
У випадку рівності нулеві визначника
матриця називаєтьсявиродженою.
При цьому система лінійних алгебраїчних
рівнянь або не має розв’язку, або має
безліч розв’язків.
Метод простої ітерації
Одним з найпростіших ітераційних методів розв’язання систем лінійних алгебраїчних рівнянь є метод простої ітерації – метод послідовних наближень. Проілюструємо цей метод на прикладі розв’язання системи лінійних алгебраїчних рівнянь 3-го порядку:

за умови, що її матриця А=[aij] є не виродженою.
Перепишемо систему у вигляді:
(3)
Чи в матричній формі:

або
.
Задамо
деякі початкові
(нульові) наближення
значень невідомих:
,
,
.
Нульове наближення може бути взяте
довільно, наприклад, стовпчик вільних
членів.
Підставимо
ці значення в праві частини рівнянь
системи (3) й отримаємо для
,
,
новіперші
наближення:
.
Аналогічно, підставляючи в систему (3) значення перших наближень, отримаємо другі наближення:
![]()
й т. д.
Ітераційний
процес продовжується до тих пір, поки
значення
,
,
не стануть близькими із заданою точністю
до значень
,
,
відповідно. Т. б., критерієм закінчення
ітераційного процесу є виконання умови:
![]()
Для збіжності ітераційного процесу достатньо, щоб норма матриці А, яка складається з коефіцієнтів при невідомих у правих частинах рівнянь системи (3), була менша 1:
.
Метод Гауса
Метод Гауса розв’язання систем лінійних алгебраїчних рівнянь – це метод послідовного виключення невідомих. Він заснований на приведенні матриці (2) до трикутного вигляду.
Спочатку
за допомогою першого рівняння виключається
з усіх наступних рівнянь системи. Потім
за допомогою другого рівняння виключається
з третього та всіх наступних рівнянь.
Цей процес, який називаютьпрямим
ходом методу Гауса,
продовжується до тих пір, поки у лівій
частині останнього (n-го)
рівняння не залишиться лише один член
з невідомим
,
тобто матриця (2) системи буде приведена
до трикутного вигляду.
Зворотний
хід методу Гауса
полягає в послідовному обчисленні
шуканих невідомих: розв’язуючи останнє
рівняння, знаходимо єдине у цьому
рівнянні невідоме
.
Далі, використовуючи це значення, з
попереднього рівняння обчислюємо
й т. д. Останнім знаходимо
з першого рівняння.
Таким чином, процес розв’язання системи (1) за методом Гауса розпадається на два етапи.
Проілюструємо цей метод на прикладі розв’язання системи лінійних алгебраїчних рівнянь 3-го порядку:
(4)
за умови, що її матриця А=[aij] є не виродженою.
Вважатимемо,
що
.
Для виключення
з другого рівняння додамо до нього
перше, помножене на
.
Помноживши перше рівняння на
і додавши результат до третього рівняння,
також виключимо з нього
.
Отримуємо рівносильну (4) систему рівнянь
виду:
(5)


Тепер
із третього рівняння системи (5) потрібно
виключити
.
Для цього помножимо друге рівняння на
і додамо результат до третього. Одержимо:
(6)

Матриця системи (6) має трикутний вигляд. На цьому закінчується прямий хід методу Гауса.
Зворотній хід починається з розв’язання третього рівняння системи (6):
![]()
Використовуючи
це значення, можна знайти
із другого рівняння, а потім
із першого:

Аналогічно будується обчислювальний алгоритм для лінійної системи з довільною кількістю рівнянь.
