Линейное уравнение это в информатике

Решение системы линейных уравнений

Министерство образования и науки Республики Беларусь

Белорусский государственный университет

информатики и радиоэлектроники

Факультет информационных технологий и управления

Кафедра Вычислительных Методов и Программирования

к курсовой работе

«Решение системы линейных уравнений»

ст.гр.020603 Навроцкий А.А.

1. Анализ существующих методов решения задачи.

2. Описание используемого метода.

3. Анализ результатов.

Список использованной литературы.

Приложение (распечатка программы, результатов).

Решение систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) является одной из основных задач линейной алгебры. Эта задача имеет важное прикладное значение при решении научных и технических проблем. Кроме того, является вспомогательной при реализации многих алгоритмов вычислительной математики, математической физики, обработки результатов экспериментальных исследований.

Применяемые на практике численные методы решения СЛАУ делятся на две группы — прямые и итерационные.

В прямых (или точных) методах решение системы получают за конечное число арифметических действий. К ним относятся известное правило Крамера нахождения решения с помощью определителей, метод последовательного исключения неизвестных (метод Гаусса) и его модификации, метод прогонки и другие. Сопоставление различных прямых методов проводится обычно по числу арифметический действий, необходимых для получения решения. Прямые методы являются универсальными и применяются для решения систем до порядка 10 3 . Отметим, что вследствие погрешностей округления при решении задач на ЭВМ прямые методы на самом деле не приводят к точному решению системы.

Итерационные (или приближенные) методы являются бесконечными и находят решение системы как предел при k®¥ последовательных приближений x ( k ) , где k — номер итерации. Обычно задается точность e, и вычисления проводятся до тех пор, пока не будет выполнена оценка ºx ( k ) – x ( k -1) º 2 числовым равенствам

.

Разложение матрицы A на множители обычно получают посредством алгоритма, который называется компактной схемой метода Гаусса. Элементы l_im и U_mi могут быть вычислены по формулам

Тогда решение системы Ax=b сводится к последовательному решению двух систем — Ly=b и Ux=y.

Рассмотренный метод можно применять к решению серии систем с одной и той же матрицей.

Метод простых итераций (Якоби).

Для решения итерационным методом система линейных алгебраических уравнений Ax = b должна быть приведена к виду x = Gx+f , где G — некоторая матрица, f — преобразованный вектор свободных членов. Затем выбирается начальное приближение — произвольный вектор x (0) — и строится рекуррентная последовательность векторов x (1) , x (2) . x ( k ) . по формуле

.

Для сходимости этой последовательности при любом начальном приближении необходимо и достаточно, чтобы все собственные значения матрицы G были по абсолютной величине меньше единицы. На практике это трудно проверить, и обычно пользуются достаточными условиями сходимости — итерации сходятся, если какая-нибудь норма матрицы меньше единицы, т.е.

или .

Чем меньше норма матрицы G, тем быстрее сходится итерационный процесс.

Преобразование системы можно осуществить, просто решая каждое i-е уравнение относительно x_i :

.

Метод Якоби использует следующий алгоритм построения приближений:

.

Если A — матрица с доминирующей диагональю, т.е. , то метод Якоби сходится при любом начальном приближении x (0 ) .

Метод Якоби относится к одношаговым итерационным методам, когда для нахождения x ( k +1) требуется помнить только одну предыдущую итерацию x ( k ) . Для исследования сходимости удобнее записывать итерационные методы не в координатной, а в матричной форме, придерживаясь стандартной формы записи итерационных методов.

Канонической формой одношагового итерационного метода решения СЛАУ называется его запись в виде

,

где B_k+1 — матрица, задающая тот или иной итерационный метод, t_k+1 — итерационный параметр. Числовые параметры t_k вводят для ускорения сходимости. Способ выбора итерационных параметров определяется при исследовании сходимости метода, когда выясняется при каких значениях параметров метод сходится и когда сходимость будет наиболее быстрой (соответствующие параметры называются оптимальными).

Итерационный метод называют явным, если B_k+1 — единичная матрица. Неявные итерационные методы имеет смысл применять лишь в том случае, когда решение системы уравнений с матрицей B_k требует меньше машинной памяти или времени или алгоритмически проще, чем решение исходной системы.

Методом простой итерации называют явный метод с постоянм параметром

, или,

где r ( k ) = Ax ( k ) -b — вектор невязки. Метод сходится для симметричных положительно определенных матриц при .

Для окончания итерационного процесса используют три способа. При первом определяют величину стабилизации и прекращают вычисления, если она меньше e, т.е.

.

Недостатком этого способа является то, что при медленно сходящихся итерациях величина стабилизации может быть малой, хотя приближенное решение сильно отличается от точного.

При втором способе вычисляют нормы невязки до начала итераций и на каждой итерации. Итерации прекращают при выполнении неравенства

.

При третьем способе предварительно оценивается число итераций, необходимое для получения заданной точности e. Если для погрешности итерационного метода выполняются оценки

,

Системы линейных уравнений

Система линейных уравнений n-го порядка имеет следующий вид:

или в матричном виде:

где , ,

Корнями системы являются такие значения x1, x2, …, xn, подстановка которых в систему превращает уравнения в тождества.

Метод Гаусса. Метод Гаусса состоит в последовательном исключении неизвестных x1, x2, …, xn путем преобразования системы уравнений таким образом, чтобы под главной диагональю располагались нули. В полученной системе определяется корень xn из последнего уравнения, корень xn–1 – из предпоследнего и т. д.

Рассмотрим алгоритм метода Гаусса:

1. Ввод числа n, обозначающего порядок системы, матрицы A и вектора B.

2. Выполнение п. 3–7 данного алгоритма с изменением номера вычитаемого уравнения k с 1 до n – 1.

3. Выполнение п. 4–7 с изменением номера уравнения i, из которого производится вычитание, с k + 1 до n.

4. Вычисление c = aik / akk, aik = 0.

5. Выполнение п. 6 с изменением номера столбца j c k + 1 до n.

6. Расчет aij = aij – c?akj.

7. Вычисление bi = bi – c?bk.

8. Определение корня xn = bn / ann.

9. Выполнение п. 10–13 с изменением номера уравнения iс n – 1 до 1.

10. Подготовка переменной для вычисления суммы s = 0.

11. Выполнение п. 12 с изменением номера столбца j с i + 1 до n.

12. Вычисление s = s + aij?xj.

13. Определение xi = (bi – s) / aii.

14. Вывод значений x1, x2, …, xn.

В данном алгоритме п. 2–7 обеспечивают преобразование матрицы A к треугольному виду (прямой ход метода), а выполнение п. 8–13 позволяет определить корни системы линейных уравнений (обратный ход метода).

Матричный метод. Зная матрицу A, можно вычислить обратную матрицу A–1, затем умножить ее на систему: A–1 ? A ? X = A–1 ? B. Получится: X = A–1 ? B. Элементы вектора X и являются корнями системы линейных уравнений.

Решение систем линейных уравнений в приложениях Mathcad и Excel

Рассмотрим решение систем линейных уравнений в приложении Mathcadматричным методом. Сначала записываются коэффициенты системы в матрицу A. Далее задается вектор B и записывается формула для определения корней

Корни вычисляются после набора выражения: X =

В приложении Excelтакже можно использовать матричный метод. Пусть имеется система линейных уравнений третьего порядка. Первоначально необходимо ввести элементы матрицы А, например, в ячейки А1:С3. Затем ? вектор В, например, в ячейки Е1:Е3.

Далее следует выделить диапазон ячеек для вычисления корней, например G1:G3, и в строке формул набрать:

После ее набора нажать не одну клавишу ввода, а вместе три клавиши:++ . В ячейках G1:G3 появятся вычисленные корни системы линейных уравнений.

Статьи к прочтению:

Системы линейных уравнений

Похожие статьи:

Задание: графически и численно решить систему нелинейных алгебраических уравнений, на примере поиска точек пересечения двух функций. Исходные данные:…

Приближенное вычисление интегралов Приближённое вычисление определённого интеграла основано на геометрическом смысле интеграла и сводится к приближённому…

Презентация по информатике на тему «Линейные уравнения с одной переменной «

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

Описание презентации по отдельным слайдам:

УРОК АЛГЕБРЫ В 7 КЛАССЕ по теме Линейное уравнение с одной переменной. Решение задач с помощью линейных уравнений Подготовил учитель математики Боярищева С.В.

ЦЕЛЬ УРОКА: совершенствовать знания, умения и навыки решения линейных уравнений

Эпиграф к уроку: Пусть математика сложна, Ее до края не познать, Откроет двери всем она, В них только надо постучать

РЕБУС 1 Ответ: алгебра

Ответ: число РЕБУС 2

Ответ: циркуль РЕБУС 3

РЕБУС 4 Ответ: знаменатель

РЕБУС 5 Ответ: уравнение

Уравнение — равенство с одной и более неизвестными переменными Что называется уравнением?

Какие виды уравнений вам известны? Линейные уравнения с одной переменной

В линейных уравнениях неизвестная переменная всегда будет только в первой степени

Какие из данных уравнений являются линейными? 1) x(х+7)=0 5) 9x = 1 2) х3 – 5х + 6 = 0 6) 9х2 = 18 3) │x│=11 7) 7(x-2) = 7x-14 4) 3x — 1 =14 8) │x4 — 3│=1

Что называется линейным уравнением с одной переменной? Уравнение вида: ах + b = 0 или ах = b называется линейным уравнением с одной переменной, где х- переменная; а и b – некоторые числа. ВНИМАНИЕ! Переменная х входит в уравнение обязательно в первой степени

Что значит — решить линейное уравнение с одной переменной? Решить линейное уравнение с одной переменной – это значит найти все корни уравнения или доказать, что их нет

Что называется корнем уравнения? Корень уравнения – значение переменной, при котором уравнение обращается в верное числовое равенство

Не решая уравнения, проверьте какое из чисел является его корнем 43; 13; 32; 0 67+(33-х)=68

Если х = 43, то 67 + (33-43) = 68; 57=68 – НЕВЕРНО Если х = 13, то 67 + (33-13) = 68; 87 = 68 — НЕВЕРНО Если х = 32, то 67 + (33-32) = 68; 68 = 68 — ВЕРНО Если х= 0, то 67 + (33 – 0 ) = 68; 100 = 68 — НЕВЕРНО

Правила и определения, применяемые при решении линейных уравнений с одной переменной

Правило раскрытия скобок перед которыми стоит знак «+» Если перед скобками стоит знак «+», это значит, что все слагаемые в скобках надо умножить на 1, т. е., раскрывая скобки, оставить их без изменения

Правило раскрытия скобок перед которыми стоит знак «-» Если перед скобками стоит знак «–», это значит, что все слагаемые в скобках надо умножить на –1, т. е., раскрывая скобки, изменить знаки слагаемых на противоположные

Какие слагаемые называются подобными? Подобные слагаемые – это слагаемые, имеющие одинаковую буквенную часть или не имеющие ее вовсе

Как привести подобные слагаемые? Привести подобные слагаемые – это значит, сложить их коэффициенты и результат умножить на общую буквенную часть

Алгоритм решения линейных уравнений с одной переменной 1.Раскрыть скобки. 2.Собрать члены, содержащие неизвестные, в одной части уравнения, а остальные члены в другой. 3.Привести подобные слагаемые в обеих частях уравнения. 4.Разделить обе части уравнения на коэффициент при неизвестном

Cколько корней может иметь уравнение?

Как называются уравнения, которые имеют одинаковые корни? Уравнения, которые имеют одинаковые корни, называются равносильными

Составьте пары равносильных уравнений 1) х+1 = 3 5) х-3=0 2) 2х — 7 =12 6) 5х = 0 3) (4+х) – 2 =2 7) х-3,5 = 2 4) -5х = — 6 8) 4х=8

ОТВЕТ 1) х+1 = 3 5) х-3=0 2) 2х — 7 =12 6) 5х = 0 3) (4+х) – 2 =2 7) х-3,5 = 2 4) -5х = — 6 8) 4х=8

При решении уравнений используют свойства: 1. Если в уравнении перенести слагаемые из одной части в другую, изменив его знак, то получится равносильное уравнение 2. Если обе части уравнения умножить или разделить на число (не равное нулю), то получится равносильное уравнение

Где используются линейные уравнения? В решении задач

Какой метод в математике используется в решении задач? Метод математического моделирования

Что чаще всего выбирается за математическую модель ? Линейное уравнение с одной переменной

ЗАДАНИЕ Дано описание ситуации. Составьте математическую модель данной ситуации. На первой автостоянке стояло в 8 раз автомобилей больше, чем на второй. Когда с первой автостоянки на вторую перевезли 25 автомобилей, то на второй стоянке оказалось в 2 раза больше машин, чем на первой. Сколько автомобилей было на каждой стоянке первоначально?

РЕШЕНИЕ Пусть х автомобилей было на второй автостоянке По условию задачи, составим уравнение: х+25 = 2( 8х — 25) Было, авт.Стало, авт. I автостоянка8x8x – 25 II автостоянкаx х +25

Примеры решения уравнений: Пример 1 2,8х – 45 = 8, 2х + 63; 2,8х — 8,2х = 63 + 45; 5,4х = 108; х = 108 : (-5,4); х = — (1080 : 54); х = — 20 Пример 2 (25 х – 12) – (21 х + 86) = — х +127; 25х – 12 – 21х – 86 = — х + 127; 25х -21х +х = 127 + 12 +86; 5 х = 225; х = 225 :5; х = 45

Домашнее задание Прочитать §3.7 в учебнике, решить № 128 (ж, з, и), № 130 (а, б, в, г), № 131,132

ИТОГИ УРОКА Вспомнили правила и алгоритм, используемые при решении уравнений; Научились решать линейные уравнения с одной переменной; Убедились в значимости применения уравнений как математических моделей в решении задач; Научились составлять линейные уравнения с одной переменной при заданных условиях задачи

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

• Сейчас обучается 925 человек из 80 регионов

Курс повышения квалификации

Педагогическая деятельность в контексте профессионального стандарта педагога и ФГОС

• Курс добавлен 23.11.2021
• Сейчас обучается 35 человек из 23 регионов

Курс повышения квалификации

Инструменты онлайн-обучения на примере программ Zoom, Skype, Microsoft Teams, Bandicam

• Курс добавлен 31.01.2022
• Сейчас обучается 24 человека из 14 регионов

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Дистанционные курсы для педагогов

«Взбодрись! Нейрогимнастика для успешной учёбы и комфортной жизни»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

5 578 918 материалов в базе

Самые массовые международные дистанционные

Школьные Инфоконкурсы 2022

33 конкурса для учеников 1–11 классов и дошкольников от проекта «Инфоурок»

Другие материалы

• 03.11.2020
• 68
• 2

• 03.11.2020
• 527
• 18

• 03.11.2020
• 295
• 4

• 03.11.2020
• 102
• 5

• 03.11.2020
• 68
• 6

• 03.11.2020
• 125
• 2

• 03.11.2020
• 88
• 4

• 03.11.2020
• 232
• 10

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

Добавить в избранное

• 03.11.2020 298
• PPTX 8.4 мбайт
• 1 скачивание
• Оцените материал:

Настоящий материал опубликован пользователем Боярищева Светлана Вячеславовна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

Автор материала

• На сайте: 3 года и 1 месяц
• Подписчики: 23
• Всего просмотров: 797
• Всего материалов: 1

Московский институт профессиональной
переподготовки и повышения
квалификации педагогов

Дистанционные курсы
для педагогов

663 курса от 690 рублей

Выбрать курс со скидкой

Выдаём документы
установленного образца!

Учителя о ЕГЭ: секреты успешной подготовки

Время чтения: 11 минут

Количество бюджетных мест в вузах по IT-программам вырастет до 160 тыс.

Время чтения: 2 минуты

Приемная кампания в вузах начнется 20 июня

Время чтения: 1 минута

В Забайкалье в 2022 году обеспечат интернетом 83 школы

Время чтения: 1 минута

В Воронеже продлили удаленное обучение для учеников 5-11-х классов

Время чтения: 1 минута

Полный перевод школ на дистанционное обучение не планируется

Время чтения: 1 минута

Тринадцатилетняя школьница из Индии разработала приложение против буллинга

Время чтения: 1 минута

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.