background image

Instytut Automatyki Politechniki Łódzkiej - Metody Numeryczne wykład 9

 

 

W9-1

Obliczanie wektorów i wartości własnych 
Równanie charakterystyczne 

0

=

)

sI

A

det(

 

0

0

1

1

1

=

+

+

+

+

b

s

b

s

b

s

n

n

n

L

 

Różne wartości własne 

n

s

,

,

L

1

 

n liniowo niezależnych prawych wektorów własnych 

i

i

i

i

x

s

Ax

,

x

=

≠ 0

 

 

0

=

i

T

i

T

i

T

i

x

y

,

x

y

Ax

y

s

 w szczególności 

i

T

i

i

T
i

i

x

x

Ax

x

s

=

 

Przekształcenie przez podobieństwo: 

0

P

det

AP

P

A

1

,  

i

i

s

s

→ ,  

i

i

Px

x

 

Instytut Automatyki Politechniki Łódzkiej - Metody Numeryczne wykład 9

 

 

W9-2

Wyznaczanie wartości własnych z równania charakterystycznego 
Metoda Kryłowa wyznaczania współczynników wielomianu 
charakterystycznego 
Z tw. Calley’a-Hamiltona 

y

I

b

A

b

A

b

A

n

n

n

=

+

+

+

+

0

0

1

1

1

L

 

[

]

y

A

b

b

b

y

Ay

y

A

y

A

n

n

n

n

==

0

1

1

2

1

M

M

M

L

M

M

 

background image

Instytut Automatyki Politechniki Łódzkiej - Metody Numeryczne wykład 9

 

 

W9-3

Metoda potęgowa 

Dla dowolnego 

0

 istnieją 

i

 takie , że 

i

n

i

i

x

a

v

=

=

1

0

. Wtedy  

i

i

n

i

i

i

n

i

i

x

s

a

Ax

a

Av

=

=

=

=

1

1

0

 





+

=

=

=

=

=

i

m

m

i

n

i

i

m

i

m

i

n

i

i

m

m

x

s

s

a

x

a

s

x

s

a

v

A

v

1

2

1

1

1

1

0

 

Jeśli A ma n liniowo niezal. wektorów własnych, jeśli wartość 
własna s

1

 jest dominującą i jeśli v

0

 nie jest ortogonalny do x

1

 , to 

1

1

1

0

x

a

s

v

A

lim

m

m

m

=

, czyli 

m

T

m

T

m

m

T

m

T

m

v

y

v

y

lim

v

A

y

v

AA

y

lim

s

1

0

0

1

+

=

=

 

T

y

 może mieć zera poza jedynką w miejscu odpowiadającym 

elementowi 

m

v

 o największym module.  

Instytut Automatyki Politechniki Łódzkiej - Metody Numeryczne wykład 9

 

 

W9-4

Konieczna redukcja: np. 

1

1

1

1

1

=

=

x

z

,

z

x

s

A

A

T

T

 ma wartości 

własne jak A poza s

1

, w miejscu której jest zero. 

 
Metody iteracyjne oparte na przekształceniach przez podobieństwo. 
Nie istnieje algorytm sprowadzający macierz w skończonej liczbie 
operacji do postaci diagonalnej (Jordana). Istnieją algorytmy 
sprowadzające w skończonej liczbie operacji macierz symetryczną 
do postaci trójprzekątniowej a macierz niesymetryczna do postaci 
prawie-trójkątnej górnej.  
Jeżeli macierz przekształcenia przez podobieństwo jest ortogonalna, 
to przekształcenie to nie zmienia uwarunkowania wartości własnych 
od wsp. macierzy. 
Równanie jednej iteracji: 

I

Q

Q

,

Q

A

Q

A

k

T

k

k

k

T

k

k

=

=

+1

background image

Instytut Automatyki Politechniki Łódzkiej - Metody Numeryczne wykład 9

 

 

W9-5

Metody dla macierzy symetrycznych – np. metoda Jacobiego: 
Przekształcenie (obrót) sparametryzowane wartością 

π

φ

ϕ

,

określone macierzą 

)

(

R

q

,

p

ϕ

, która ma elementy macierzy 

jednostkowej poza 

ϕ

cos

r

r

q

,

q

p

,

p

=

=

ϕ

sin

r

r

p

,

q

q

,

p

=

=

.  

Wtedy 

1

=

=

))

(

R

(

))

(

R

(

)

(

R

q

,

p

T

q

,

p

q

,

p

ϕ

ϕ

ϕ

 

W macierzy A

k 

wybieramy element 

)

k

(

q

,

p

a

. Chcemy by 

0

1

=

)

k

(

q

,

p

a

.  

),

(

)

(

,

,

1

ϕ

ϕ

q

p

k

q

p

k

R

A

R

A

=

+

 

( )

( )

( )

k

q

p

k

q

q

k

p

p

k

q

p

a

a

a

ctg

a

,

,

,

)

1

(

,

2

)

2

(

0

=

=

+

ϕ

 

ϕ

tg

t

=

  jest pierwiastkiem o mniejszym module równania 

1

)

2

(

2

2

=

+

ϕ

ctg

t

t

 

 
Stąd wyznaczamy 

ϕ

ϕ

cos

,

sin

Instytut Automatyki Politechniki Łódzkiej - Metody Numeryczne wykład 9

 

 

W9-6

Sposoby wyboru „zerowanych” elementów 

p,q

- element o najw. module,  

lub  
 

 

 

(p,q)=(1,2),(1,3),...(1,n),(2,3),...,(2,n),....(n-1,n) 

Jeżeli 

( )

∑∑

=

i

i

j

)

k

(

j

,

i

k

a

:

)

A

(

T

2

2

, to po jednym „wymiataniu”, w 

którym wykonano 

)

n

(

n

N

1

2

1

=

 obrotów 

(

)

2

2

2

)

A

(

T

C

)

A

(

T

k

N

k

+

Korzystne wcześniejsze sprowadzenie do postaci trójprzekątniowej. 

background image

Instytut Automatyki Politechniki Łódzkiej - Metody Numeryczne wykład 9

 

 

W9-7

Metoda przekształcenia QR. 
Dla macierzy rzeczywistej A
 istnieje ortogonalna Q i trójkątna 
górna R
 , że A=QR
Algorytm wyznaczania rozkładu QR wymaga skończonej liczby 
operacji. 
i
-tej iteracji metody QR: 
- wyznaczamy rozkład QR macierzy A

i

i

i

i

R

Q

A

=

- obliczamy 

i

i

i

Q

R

A

=

+1

 

Wtedy 

i

i

T

i

i

i

i

T

i

i

i

i

Q

A

Q

Q

R

Q

Q

Q

R

A

=

=

=

+1

czyli dokonaliśmy 

przekształcenia przez podobieństwo z ortogonalną macierzą 
przekształcenia. 
A

i

 dąży do macierzy trójkątnej górnej z wartościami własnymi na 

przekątnej.