線性代數 矩陣消元 高斯消元法

2021-06-25 15:00:35 字數 1786 閱讀 3291

能使用消元法的情況:每次消元過程中,對角線元素始終不能為0,即矩陣可逆

我們一般利用高斯消元法進行矩陣的消元。下面我們通過舉例說明:

如果按照我們初中所學的解法,一般是先用第三個方程將z用y表示,然後代入到第二個方程就可以用x來表示y和z,最後代入第乙個方程就可以求得x,y,z。這個演算法的核心就是消元!下面我們看看矩陣形式的消元法。

首先將上面的三元一次方程組表示為矩陣形式為:

其中,上圖中的第乙個矩陣就是所說的增廣矩陣,我們記作a,經過步驟e21得到的矩陣為b,經過步驟e32得到的矩陣為c。

步驟e21的目的是a21=0,這裡是指用第二行減去第一行的三倍

步驟e32的目的是使a32=0,這裡是指用第三行減去第二行的兩倍

注:高斯消元的目的是使原矩陣(不要考慮最後一列,這一列是等式右邊的,matlab是分別對左右兩邊進行消元的,我這裡寫在一起是為了方便)對角線下面的元素為0,變成上三角矩陣,在上面例子中本應該在步驟e21和步驟e32中還有步驟e31,使得a31=0。但是原矩陣的a31=0,所以沒有必要進行操作。儘管這一步驟沒有必要,但matlab會進行操作(沒有人機智)。

通過消元得到的結果矩陣c(上圖中的第三個矩陣),我們可以寫出其方程組的形式:

上面方程組可以直接看出,z=-2,然後代入第二個方程得到y=1,再代入第乙個方程得到x=2。

在上面的消元過程中,原始矩陣a經過步驟e21得到矩陣b,矩陣b經過步驟e32得到矩陣c,我們用矩陣來表示步驟e21,步驟e32,則可以得到:

把這兩步綜合起來得到:

總結,我們令方程組左邊的矩陣為d,用初等矩陣e來表示消元操作,用上三角矩陣u表示消元得到的結果,則以上式為例:

1、行交換:左乘

2、列交換:右乘

原文:

漫步線性代數三 高斯消元法

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