background image

Metoda Eliminacji Gaussa 

Dany jest układ równań 

)

0

(

)

0

(

b

x

A

=

 w postaci: 

)

0

(

)

0

(

1

)

0

(

1

0

)

0

(

0

)

0

(

1

)

0

(

1

1

)

0

(

11

0

)

0

(

10

)

0

(

0

)

0

(

0

1

)

0

(

01

0

)

0

(

00

n

n

nn

n

n

n

n

n

n

b

x

a

x

a

x

a

b

x

a

x

a

x

a

b

x

a

x

a

x

a

=

+

+

+

=

+

+

+

=

+

+

+

K

K

K

K

K

K

K

K

K

K

K

K

K

K

K

K

 

Odejmujemy  od  i-tego  (i=1,2,…,n)wiersza  wiersz  pierwszy  pomnożony  przez  a

i0

(0)

/a

00

(0)

Dostajemy w ten sposób układ równań: 

)

1

(

)

1

(

1

)

1

(

1

)

1

(

1

)

1

(

1

1

)

1

(

11

)

1

(

0

)

1

(

0

1

)

1

(

01

0

)

1

(

00

0

0

n

n

nn

n

n

n

n

n

b

x

a

x

a

b

x

a

x

a

b

x

a

x

a

x

a

=

+

+

+

=

+

+

+

=

+

+

+

K

K

K

K

K

K

K

K

K

K

K

K

K

K

K

K

 

Następnie  analogicznie  odejmujemy  od  i-tego  wiersza  (i=2,3,…,n)  wiersz  drugi  pomnożony 

przez a

i1

(1)

/a

11

(1)

 . Postępujemy tak n-1 razy, aż do uzyskania macierzy w postaci: 

)

2

(

0

)

2

(

0

1

)

2

(

01

0

)

2

(

00

b

x

a

x

a

x

a

n

n

=

+

+

+

K

 

          

)

(

1

)

(

1

1

)

(

11

n

n

n

n

n

b

x

a

x

a

=

+

+ K

 

………………………………. 

                 

)

(

)

(

n

n

n

n

nn

b

x

a

=

 

Teraz już możemy rozwiązać układ równań stosując wzór: 

nn

n

n

a

b

=

 

ii

i

ii

n

in

i

i

a

x

a

x

a

b

x

1

1

+

+

=

K

, gdzie i=n-1,n-2,…,1

Metoda Jacobiego 

Metoda  Jacobiego  jest  metodą  iteracyjną  rozwiązania  układu  równań  liniowych.  Metody  te 

polegają na konstruowaniu ciągu przybliżeń wektora rozwiązań x

(0)

, x

(1)

,…,x

(i)

,… określonego 

wzorem: 

x

(i+1)

=Mx

(i)

+w, i=0,1,… gdzie M jest pewną macierzą kwadratową, a w jest wektorem.  

Rozważmy układ równań Ax=b. Przyjmijmy, że A=L+D+U, gdzie L jest macierzą trójkątną 

dolną, D jest macierzą diagonalną, a U jest macierzą trójkątną górną.  

 

background image

Układ równań w postaci Ax=b możemy zatem zapisać w postaci: 

(L+D+U)x=b 

Przekształcając otrzymujemy: 

Dx=-(L+U)x+b

A więc: 

x=-D

-1

(L+U)x+D

-1

b

Możemy więc skonstruować ciąg przybliżeń rozwiązania w postaci: 

x

i+1

 =-D

-1

(L+U)x

i

 +D

-1

b

 

Metoda  Jacobiego  jest  zbieżna  dla  macierzy  nieredukowalnych  i  diagonalnie  słabo 

dominujących

 

Def.: 

Macierz A wymiaru n×n (n≥2) nazywamy redukowalną, jeżeli istnieje macierz permutacji P 

taka, że: 

=

=

22

12

11

1

0

'

A

A

A

AP

P

A

, gdzie A

11

 i A

22 

są macierzami kwadratowymi. Jeżeli taka 

macierz permutacji nie istnieje, to A nazywamy macierzą nieredukowalną

 

Def.: 

Macierz  A=

)

(

ij

a

  nazywamy  diagonalnie  słabo  dominującą,  jeśli  dla  i=1,2,…,n  zachodzą 

nierówności: 

=

n

i

j

j

ij

ii

a

a

1

 

oraz istnieje co najmniej jedno i takie, że  

=

>

n

i

j

j

ij

ii

a

a

1

 

 

 

 

 

 

background image

Przykład: Metoda eliminacji Gaussa: 

x

0

+2x

1

+x

2

=8 

3x

0

+x

1

+x

2

=8 

x

0

+3x

1

+x

2

=10 

Mamy więc macierz układu: 

10

1

3

1

8

1

1

3

8

1

2

1

 

Zerujemy pierwszą kolumnę (j=0) 

j=0, i=1 

a

10

/a

00

=3/1=3 

Odejmujemy od wiersza drugiego wiersz pierwszy pomnożony przez 3: 

10

1

3

1

16

2

5

0

8

1

2

1

 

j=0, i=2 

a

20

/a

00

=1/1=1 

Odejmujemy od wiersza trzeciego wiersz pierwszy pomnożony przez 1: 

2

0

1

0

16

2

5

0

8

1

2

1

 

 

Zerujemy drugą kolumnę (j=1) 

j=1, i=2 

a

21

/a

11

=1/(-5)= -1/5 

Odejmujemy od wiersza trzeciego wiersz drugi pomnożony przez -1/5: 

5

/

6

5

/

2

0

0

16

2

5

0

8

1

2

1

 

Teraz,  kiedy  mamy  macierz  trójkątną  górną  przechodzimy  do  procedury  wstecznej  i 

obliczamy rozwiązanie: 

x

2

= (-6/5) / (-2/5)=3 

x

1

=(b

1

-a

12

x

2

)/a

11

=(-16+2*3)/(-5)=2 

x

0

=(b

0

-a

02

x

2

-a

01

x

1

)/a

00

=(8-1*3-2*2)/1=1 

background image

Przykład: Metoda Jacobiego: 

3x

0

+x

1

+x

2

=5 

      5x

1

+x

2

=6 

x

0

+x

1

+6x

2

=8 

Macierz układu: 

=

6

1

1

1

5

0

1

1

3

A

 

Wektor prawej strony: 

=

8

6

5

b

 

Rozkład na macierze L, D i U: 

=

0

1

1

0

0

0

0

0

0

L

=

6

0

0

0

5

0

0

0

3

D

=

0

0

0

1

0

0

1

1

0

U

 

 

=

+

0

1

1

1

0

0

1

1

0

U

L

=

/

1

0

0

0

5

/

1

0

0

0

3

/

1

1

D

 

 

Przyjmujemy x

0

=[0,0,0]

T

=

+

=

33

,

1

2

,

1

67

,

1

8

6

5

6

/

1

0

0

0

5

/

1

0

0

0

3

/

1

0

0

0

0

1

1

1

0

0

1

1

0

6

/

1

0

0

0

5

/

1

0

0

0

3

/

1

1

x

 

=

+

=

85

,

0

93

,

0

82

,

0

8

6

5

6

/

1

0

0

0

5

/

1

0

0

0

3

/

1

6

/

8

5

/

6

3

/

5

0

1

1

1

0

0

1

1

0

6

/

1

0

0

0

5

/

1

0

0

0

3

/

1

2

x

 

 
 
 
1. Fortuna Z., Macukow B., Wąsowski J. Metody Numeryczne. Warszawa : Wydawnictwa 
Naukowo-Techniczne, 2005. ISBN 83-204-3245-6. 
2. Jankowscy, Janina i Michał. Przegląd Metod i Algorytmów Numerycznych, cz.2. 
Warszawa : Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1982. ISBN 83-204-0352-9.