VI. OBLICZANIE WYZNACZNIKA I ODWRACANIE MACIERZY

Podobne dokumenty
Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 1, zima 2016/17

Definicja interpolacji

Aproksymacja. Plan wykładu. 1. Problem aproksymacji, normy, rodzaje aproksymacji. 2. Aproksymacja średniokwadratowa

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 1, zima 2016/ n 333))

Informatyka Stosowana-egzamin z Analizy Matematycznej Każde zadanie należy rozwiązać na oddzielnej, podpisanej kartce!

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 11

METODY NUMERYCZNE dr inż. Mirosław Dziewoński

I. Podzielność liczb całkowitych

MATURA 2014 z WSiP. Zasady oceniania zadań

UKŁADY RÓWNAŃ LINOWYCH

MACIERZE STOCHASTYCZNE

Znajdowanie pozostałych pierwiastków liczby zespolonej, gdy znany jest jeden pierwiastek

Trzeba pokazać, że dla każdego c 0 c Mc 0. ) = oraz det( ) det( ) det( ) jest macierzą idempotentną? Proszę odpowiedzieć w

, gdzie b 4c 0 oraz n, m ( 2). 2 2 b b b b b c b x bx c x x c x x

3. Regresja liniowa Założenia dotyczące modelu regresji liniowej

APROKSYMACJA I INTERPOLACJA. funkcja f jest zbyt skomplikowana; użycie f w dalszej analizie problemu jest trudne

Zadania z algebry liniowej - sem. I Liczby zespolone

Wzór Taylora. Matematyka Studium doktoranckie KAE SGH Semestr letni 2008/2009 R. Łochowski

i = 0, 1, 2 i = 0, 1 33,115 1,698 0,087 0,005!0,002 34,813 1,785 0,092 0,003 36,598 1,877 0,095 38,475 1,972 40,447 i = 0, 1, 2, 3

MATEMATYKA (poziom podstawowy) przykładowy arkusz maturalny wraz ze schematem oceniania dla klasy II Liceum

Analiza numeryczna. Stanisław Lewanowicz. Aproksymacja funkcji

Stwierdzenie 1. Jeżeli ciąg ma granicę, to jest ona określona jednoznacznie (żaden ciąg nie może mieć dwóch różnych granic).

2 n < 2n + 2 n. 2 n = 2. 2 n 2 +3n+2 > 2 0 = 1 = 2. n+2 n 1 n+1 = 2. n+1

Rekursja 2. Materiały pomocnicze do wykładu. wykładowca: dr Magdalena Kacprzak

3. Wykład III: Warunki optymalności dla zadań bez ograniczeń

Statystyka opisowa. () Statystyka opisowa 24 maja / 8

Przykładowe zadania dla poziomu rozszerzonego

ALGEBRA LINIOWA Informatyka 2015/2016 Kazimierz Jezuita. ZADANIA - Seria 1. Znaleźć wzór na ogólny wyraz ciągu opisanego relacją rekurencyjną: x

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 2B, lato 2015/16

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 2B, lato 2015/16

PRZYKŁADY ROZWIAZAŃ STACJONARNEGO RÓWNANIA SCHRӦDINGERA. Ruch cząstki nieograniczony z klasycznego punktu widzenia. mamy do rozwiązania równanie 0,,

Ciągi liczbowe wykład 3

zadań z pierwszej klasówki, 10 listopada 2016 r. zestaw A 2a n 9 = 3(a n 2) 2a n 9 = 3 (a n ) jest i ograniczony. Jest wiec a n 12 2a n 9 = g 12

Elementy rach. macierzowego Materiały pomocnicze do MES Strona 1 z 7. Elementy rachunku macierzowego

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 1A, zima 2014/15. n = Rozwiązanie: Stosując wzór na wartość współczynnika dwumianowego otrzymujemy

Poziom rozszerzony. 5. Ciągi. Uczeń:

4. Aproksymacja Wprowadzenie (4.1) aproksymowana aproksymującej przybliżającej błędami aproksymacji przybliżenia

Twierdzenie Cayleya-Hamiltona

Ćwiczenia nr 5. TEMATYKA: Regresja liniowa dla prostej i płaszczyzny

Przykładowy arkusz z rozwiązaniami. Arkusz II poziom rozszerzony

Matematyka I. Bezpieczeństwo jądrowe i ochrona radiologiczna Semestr zimowy 2018/2019 Wykład 11

Teoria. a k. Wskaźnik sumowania można oznaczać dowolną literą. Mamy np. a j = a i =

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 1A, zima 2012/13. Ciągi.

Metody Obliczeniowe w Nauce i Technice laboratorium

Parametryzacja rozwiązań układu równań

Metody numeryczne Laboratorium 5 Info

Wykład 11. a, b G a b = b a,

Matematyka. Zakres podstawowy. Nawi zanie do gimnazjum. n/m Rozwi zywanie zada Zadanie domowe Dodatkowe Komunikaty Bie ce materiały

Relacje rekurencyjne. będzie następująco zdefiniowanym ciągiem:

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna A1, zima 2011/12. Kresy zbiorów. x Z M R

Wokół testu Studenta 1. Wprowadzenie Rozkłady prawdopodobieństwa występujące w testowaniu hipotez dotyczących rozkładów normalnych

Interpolacja. Interpolacja wykorzystująca wielomian Newtona

Podstawy informatyki 2. Podstawy informatyki 2. Wykład nr 9 ( ) Plan wykładu nr 9. Politechnika Białostocka. - Wydział Elektryczny

Szereg geometryczny. 5. b) b n = 4n 2 (b 1 = 2, r = 4) lub b n = 10 (b 1 = 10, r = 0). 2. jest równa 1 x dla x = 1+ Zad. 3:

Ćwiczenia rachunkowe TEST ZGODNOŚCI χ 2 PEARSONA ROZKŁAD GAUSSA

1. Granica funkcji w punkcie

Egzamin maturalny z matematyki CZERWIEC 2011

KADD Metoda najmniejszych kwadratów

Klucz odpowiedzi do zadań zamkniętych oraz schematy oceniania zadań otwartych. Matematyka. Poziom podstawowy

Pierwiastki z liczby zespolonej. Autorzy: Agnieszka Kowalik

Wprowadzenie. metody elementów skończonych

Internetowe Kółko Matematyczne 2004/2005

Analiza matematyczna dla informatyków 4 Zajęcia 5

x t 1 (x) o 1 : x s 3 (x) Tym samym S(3) = {id 3,o 1,o 2,s 1,s 2,s 3 }. W zbiorze S(n) definiujemy działanie wzorem

Zadania z Matematyka 2 - SIMR 2008/ szeregi zadania z rozwiązaniami. n 1. n n. ( 1) n n. n n + 4

O pewnych zastosowaniach rachunku różniczkowego funkcji dwóch zmiennych w ekonomii

Damian Doroba. Ciągi. 1. Pierwsza z granic powinna wydawać się oczywista. Jako przykład może służyć: lim n = lim n 1 2 = lim.

Egzaminy. na wyższe uczelnie zadania

a 1, a 2, a 3,..., a n,...

11/22/2014 STRATEGIE MIESZANE - MOTYWACJA. ROZWAśMY PRZYKŁAD:

Arkusz ćwiczeniowy z matematyki Poziom podstawowy ZADANIA ZAMKNIĘTE. W zadaniach od 1. do 21. wybierz i zaznacz poprawną odpowiedź. 1 C. 3 D.

Analiza matematyczna. Robert Rałowski

P π n π. Równanie ogólne płaszczyzny w E 3. Dane: n=[a,b,c] Wówczas: P 0 P=[x-x 0,y-y 0,z-z 0 ] Równanie (1) nazywamy równaniem ogólnym płaszczyzny

Lista 6. Estymacja punktowa

Zadania domowe z Analizy Matematycznej III - czȩść 2 (funkcje wielu zmiennych)

Podprzestrzenie macierzowe

Szeregi liczbowe. Szeregi potęgowe i trygonometryczne.

Lista 5. Odp. 1. xf(x)dx = xdx = 1 2 E [X] = 1. Pr(X > 3/4) E [X] 3/4 = 2 3. Zadanie 3. Zmienne losowe X i (i = 1, 2, 3, 4) są niezależne o tym samym

Wymagania edukacyjne na poszczególne oceny z matematyki w klasie III poziom rozszerzony

21. CAŁKA KRZYWOLINIOWA NIESKIEROWANA. x = x(t), y = y(t), a < t < b,

D:\materialy\Matematyka na GISIP I rok DOC\07 Pochodne\8A.DOC 2004-wrz-15, 17: Obliczanie granic funkcji w punkcie przy pomocy wzoru Taylora.

Sformułowanie zagadnienia aproksymacji w sensie najmniejszych kwadratów

I kolokwium z Analizy Matematycznej

O liczbach naturalnych, których suma równa się iloczynowi

MARIUSZ KAWECKI zbiór zadań dla zainteresowanego matematyką licealisty

c 2 + d2 c 2 + d i, 2

Podprzestrzenie macierzowe

CIĄGI LICZBOWE. Poziom podstawowy

Analiza matematyczna I. Pula jawnych zadań na kolokwia.

1.3. Przestrzeni. Odwzorowania. Rząd macierzy. Twierdzenie Croneckera- Capellego

Zadania z analizy matematycznej - sem. I Szeregi liczbowe

Klucz odpowiedzi do zadań zamkniętych oraz schematy oceniania zadań otwartych. Matematyka. Poziom podstawowy

tek zauważmy, że podobnie jak w dziedzinie rzeczywistej wprowadzamy dla funkcji zespolonych zmiennej rzeczywistej pochodne wyższych rze

x 2 5x + 6, (i) lim 9 + 2x 5 lim x + 3 ( ) 9 Zadanie 1.4. Czy funkcjom, (c) h(x) =, (b) g(x) = x x, (c) h(x) = x + x.

ZBIEŻNOŚĆ CIĄGU ZMIENNYCH LOSOWYCH. TWIERDZENIA GRANICZNE

Kongruencje Wykład 4. Kongruencje kwadratowe symbole Legendre a i Jac

1 Układy równań liniowych

Model Lesliego. Oznaczmy: 0 m i liczba potomstwa pojawiającego się co jednostkę czasu u osobnika z i-tej grupy wiekowej, i = 1,...

Transkrypt:

VI OBLICZANIE WYZNACZNIKA I ODWRACANIE MACIERZY Metody obliczaia wyzaczików, które polegaą a rozwiaiu względe koluy lub wiersza są praktyczie bezużytecze, gdy korzystay z koputera Na przykład, przy rozwiaiu względe wiersza w celu obliczeia wyzaczika acierzy stopia trzeba wykoać! działań (dla ay prawie 5@0 działań) Dlatego lepie skorzystać z rozkładu acierzy A a iloczy LU (rozkład taki oża otrzyać a przykład za poocą algorytu eliiaci Gaussa, przy czy ie dla każde acierzy taki rozkład istiee, gdyż w ogólości ay LU PA, gdzie P ozacza acierz perutaci acierzy A zob p ) Jeżeli A LU, to det A det LU det L det U det U, bo eleety a główe przekąte acierzy dolotrókąte L są rówe, czyli det L Wyzaczik acierzy U (górotrókąte) est rówy iloczyowi eleetów a główe przekąte i oża go wyzaczyć za poocą! ożeń Obliczoa w arytetyce zieopozycye wartość wyzaczika ie est wyzaczikie acierzy A, lecz acierzy zaburzoe A + )A Moża pokazać, że stosuąc algoryt Gaussa z częściowy wybore eleetu podstawowego do wyzaczeia rozkładu A LU ay A A 8 eps ( ) dla ory (ora będąca aksyalą suą odułów w koluie) oraz A A 8 eps ( + ) dla ory (ora będąca aksyalą suą odułów w wierszu), gdzie eps ozacza dokładość aszyową (zob p ) Nora zaburzeia oże więc być ała, ale ie ozacza to, że rówież błąd względy obliczaia wartości det A est ały Przykład Niech A ε, gdzie g ozacza aieszą liczbę dodatią, którą oża zapisać w arytetyce koputera Jeśli zastosuey rozkład A LU, to otrzyay ε

VI Obliczaie wyzaczika i odwracaie acierzy 8 U 0 ε ε ε ε ε Obliczeie wartości wyrażeia ε a koputerze da wartość ε, bo wartość w koputerze est rówa 0 Otrzyay zate det U g, czyli obliczyy det A ze 00% błęde Tyczase A LU A ε, skąd wyika, że A A ε << dla ory # Powyższy przykład pokazue, że ałe zaburzeia eleetów acierzy ogą spowodować duże ziay wartości wyzaczika Do wyzaczeia acierzy A! stosue się zwykle etodę eliiaci Gaussa z częściowy wybore eleetu podstawowego Algoryt składa się z dwóch podstawowych etapów:! wyzaczay rozkład LU acierzy A (uwzględiaąc ewetuale przestawieia wierszy acierzy A),! rozwiązuey razy układ rówań () i i LUx e (), i K,,,, gdzie e (i) ozacza i-ty wersor w przestrzei R, t e i [, 0 K,, K, 0] T i ta pozyca Rozwiązaia x (i) są koluai acierzy A!, przy czy ależy ustawić e w koleości wyikaące z przestawień wierszy acierzy Moża też rówocześie rozwiązywać układów rówań z prawyi stroai rówyi e (i) (i,,, ) Przykład Wyzaczy acierz A 0 0 0 Zgodie z poday algoryte w pierwszy etapie rozkładay acierz A a iloczy LU Napierw wykouey przestawieia wierszy (uery wierszy będziey zapisywać w oddziele koluie) May zate

VI Obliczaie wyzaczika i odwracaie acierzy 88 a po przestawieiu wierszy otrzyuey Stosuąc etodę Gaussa w wyiku eliiaci pierwsze ziee z drugiego i trzeciego rówaia za poocą ożików otrzyuey acierz (ożiki zapisuey w te l l 0 i acierzy por algoryt poday a końcu p ) skąd po przestawieiu wierszy drugiego i trzeciego ay Po eliiaci drugie ziee z trzeciego rówaia za poocą ożika dostaey l Zate W drugi etapie rozwiązuey rówaia Dla i rówaia te aą postać 0 0 0, 0 0 0 0 0, 0 0 0 0 L U 0 0 0 0 0 0 0 0, LUx e i i i () (),,,

VI Obliczaie wyzaczika i odwracaie acierzy 89 Otrzyay Nuer w wektorze przestawień zaue trzecią pozycę, więc ako pierwszą koluę acierzy A! ależy przyąć x () Nuer zadue się a pozyci pierwsze, więc drugą koluą acierzy A! est x () Wreszcie, uer zaue drugą pozycę, zate trzecią koluą est x () Ostateczie otrzyuey # A Zadaia Zaleźć rozkład LU acierzy Obliczyć wyzaczik acierzy T z zadaia Stosuąc etodę Gaussa wyzaczyć A!, eżeli 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 x () x x x () ( ) ( ),, T 0 0 0 0 A

VII APROKSYMACJA Wprowadzeie W zagadieiu aproksyaci fukcę F(x), określoą tablicą wartości lub o zae postaci aalitycze, będziey aproksyować, czyli zastępować ią fukcą f(x), zwaą fukcą aproksyuącą lub przybliżeie fukci F(x) Przybliżeie powodue powstaie błędów, zwaych błędai aproksyaci Gdy zbiór, a który ierzyy błąd aproksyaci, est zbiore dyskrety, wówczas ówiy o aproksyaci puktowe, gdy zaś est to przedział aproksyacę azyway itegralą Niech F(x) ozacza fukcę, którą chcey aproksyować, X pewą przestrzeń uorowaą (skończeie lub ieskończeie wyiarową), taką że F(x) 0 X, a X iech ozacza -wyiarową podprzestrzeń liiową przestrzei X Defiica Aproksyaca fukci F(x) polega a wyzaczeiu takich współczyików a 0, a,, a fukci f ( x) a ϕ ( x) + a ϕ ( x) + K + a ϕ ( x), () 0 0 gdzie ϕ0, ϕ, K, ϕ ozaczaą fukce bazowe ( + )-wyiarowe podprzestrzei X +, aby fukca f(x) iializowała orę f ( x) F( x) Aproksyaca określoa wzore () azywa się aproksyacą liiową Czasai stosue się też aproksyacę wyierą określoą wzore a x a x a x f ( x) 0ϕ0( ) + ϕ( ) + K + ϕ ( ) b ψ ( x) + bψ ( x) + K + b ψ ( x), 0 0 gdzie fukce ϕi i ψ są eleetai te sae bazy k-wyiarowe podprzestrzei liiowe (k ax(, )), a wielkości a i i b są współczyikai, które ależy wyzaczyć Aproksyaca średiokwadratowa Dla fukci F(x) określoe a przedziale [a, b] poszukuey iiu całki b F( x) f ( x) w( x)[ F( x) f ( x)] dx, a gdzie w(x) ozacza fukcę wagową, a dla fukci F(x) dae a dyskrety zbiorze arguetów poszukuey iiu suy

Aproksyaca średiokwadratowa 9 F( x) f ( x) w( x )[ F( x ) f ( x )], i 0 i i i () przy czy w(x i ) $ 0 dla i 0,,, Niech fukca y F(x) przyue a pewy zbiorze X {x 0, x,, x } wartości y 0, y,, y Będziey poszukiwali takie fukci f(x) przybliżaące daą fukcę F(x), która uożliwi wygładzeie fukci F(x) Niech ϕ i ( x), i 0,,,, ozacza układ fukci bazowych podprzestrzei X + Poszukay wieloiau uogólioego () będącego alepszy przybliżeie średiokwadratowy fukci F(x) a zbiorze X, t fukci f ( x) aiϕi( x), gdzie współczyiki a i są tak określoe, by wyrażeie () było iializowae Ozaczy i 0 i i 0 i 0 0 Ha (, a, K, a ) wx ( )[ Fx ( ) aϕ ( x )] wx ( ) R, () 0 gdzie fukca wagowa w(x) est ustaloa z góry i taka, że w(x ) > 0 dla 0,,,, a R ozacza odchyleie w pukcie x Aby zaleźć współczyiki a i, obliczay pochode fukci H względe a i : H 0, k 0,, K, () a k Z waruku () otrzyay wówczas układ + rówań liiowych z + iewiadoyi a i : H a k wx ( )[ Fx ( ) aϕ ( x )] ϕ ( x ) 0, 0 i i k i 0 k 0,, K,, (5) zway układe oraly Moża wykazać, że eśli układ (5) a wyzaczik róży od zera, to rozwiązaie tego układu dae iiu fukci H Jeżeli ako fukce bazowe przyiey ciąg edoiaów {x i } (i 0,,, ), to wzór (5) przyie postać (zakładay, że w(x) / ) 0 i i i 0 k [ F( x ) a x ] x 0, k 0,, K, Stąd Ozaczy a i+ k i x k F x x k ( ), 0,, K, i 0 0 0 α ik i + k k k 0 0 x, β F( x ) x

9 VII Aproksyaca Otrzyay wówczas układ oraly w postaci αikai βk, k 0,, K, () i 0 Moża wykazać, że eżeli pukty x 0, x,, x są róże i #, to wyzaczik układu () est róży od zera, a więc układ te a edozacze rozwiązaie Jeżeli, to wieloia aproksyacyy f(x) pokrywa się z wieloiae iterpolacyy dla puktów x 0, x,, x i wówczas H 0 Uwaga: W praktyce powio być << (stopień wieloiau powiie być zaczie ieszy od liczby puktów), gdyż wówczas korzystay z duże liczby iforaci (p poiarów) uzyskuąc edocześie prostsze fukce aproksyuące Przykład [] Niech dae będą wyiki poiarów, ak w poiższe tabelce x 8 9 y 5 8 9 Poszukay zależości iędzy wartościai x i y postaci ax + by, () przy czy zadaie polega a zalezieiu alepszych współczyików a i b Przy tak sforułoway zadaiu poawia się proble: czy rozpatrywać odchyleia wartości x, czy wartości y? Przedyskutuey obydwa przypadki i pokażey, że prowadzą oe do różych wyików Gdy przyiey, że wartości y są obarczoe pewyi błędai, wówczas iializuey wyrażeie 0 ( y y ), (8) gdzie, zgodie z wzore (), ax + by, 0,, K, Jeśli atoiast przyiey, że wartości x są obarczoe błędai, to powiiśy iializować wyrażeie 0 ( x x ), (9) przy czy ax + by, 0,, K, W przypadku iializaci wyrażeia (8) otrzyuey układ oraly postaci

Aproksyaca edostaa 9 w który a!a/b, a 0 /b i stąd a x a y, 8 0 + 0 0 a a x a x a xy, 0 + 0 0 0 0 8 0 0 0 0 y x x x y x x 0 0 x y x y 0 0 0 x x 0 0 Dla daych z tabelki otrzyuey a 0 / i a /, a stąd rówaie () a postać y x Miializuąc w taki sa sposób wyrażeie (9), otrzyay rówaie x y Jak widać, otrzyaliśy róże rówaia, chociaż ich wykresy prawie pokrywaą się #, Aproksyaca edostaa W aproksyaci edostae dla fukci F(x) określoe a przedziale [a, b] poszukuey fukci f(x) daące aiesze aksiu różicy iędzy F(x) i f(x) a cały przedziale [a, b], czyli F( x) f ( x) sup F( x) f ( x) W przypadku aproksyaci fukci wieloiaai i aproksyaci fukci okresowe wieloiaai trygooetryczyi ay astępuące twierdzeia (ich dowody oża zaleźć p w podręcziku[]): Twierdzeie (Weierstrassa) Jeżeli fukca F(x) est ciągła a skończoy przedziale [a, b], to dla każdego g > 0 oża dobrać takie, że est ożliwe utworzeie wieloiau P (x) stopia, przy czy (g), który spełia ierówość a cały przedziale [a, b] x [ a, b] F( x) P ( x) <ε

9 VII Aproksyaca Twierdzeie Jeżeli fukca F(x) est fukcą ciągłą i okresową o okresie B, to dla każdego g > 0 istiee wieloia trygooetryczy S ( x) a + ( a coskx + b si kx), ( ε), 0 k k k spełiaący dla wszystkich wartości x ierówość F( x) S ( x) ε Pierwsze twierdzeie zapewia, że dowolą fukcę F(x) ciągłą w przedziale [a, b] ożey aproksyować edostaie za poocą wieloiaów z dowolie dużą dokładością Jeżeli fukcę F(x) oża w przedziale [a, b] rozwiąć w szereg Taylora, to przybliżeie oże być odpowiedio obcięty szereg Taylora, w który liczba wyrazów est uzależioa od żądae dokładości Niech fukca F(x) będzie rozwiala w otoczeiu Q(x 0, *) i określoa a przedziale [a, b], przy czy x0 δ < a < b< x0 + δ Rozpatrzy wieloia który est przybliżeie fukci F(x) a przedziale [a, b] Korzystaąc z wzoru Taylora z resztą Lagrage a ay gdzie c ozacza pukt leżący iędzy puktai x i x 0 Stąd gdzie F ( x ) F ( x ) F ( x ) W ( x) F( x ) + 0 ( x x ) + 0 0 0 0 ( x x0) + K + ( xx0),!!! ( + F ) ( x) M + F () c + F( x) W ( x) ( x x0 ), ( + )! Fx ( ) W( x) dla x 0 [a, b] ( + ) M ( + )! δ + + Przykład Zadźy przybliżeie fukci F(x) si x a przedziale [0, B/] wieloiae stopia drugiego Przyiy, że x 0 B/ May π π π π π W ( x) si + cos x si x 0, 5x +, 5x0, 0, ( ) Poieważ F ( x) cosx dla x 0 [0, B/] i * B/, więc F( x) W ( x) π < 008,!

Aproksyaca edostaa 95 Zate aksyaly błąd aproksyaci est ie większy od 0,08 Na przykład, dla x 0 ay W (x)!0,0, co ieści się w graicach obliczoego błędu # Zadaia Dla fukci y F(x), które wartości są określoe w poiższe tabelce x 0 5 y 9 8 8 zaleźć wieloia aproksyacyy stopia pierwszego Fukca y F(x) est określoa poiższą tabelką (est to tabelka wartości fukci y si x) x 0 π π π π y 0 Zaleźć wieloia aproksyuący stopia drugiego Dla fukci y * x * zaleźć w przedziale [!, ] wieloia aproksyacyy stopia trzeciego