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用LU分解解线性方程组

下一节:消元法的计算量

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用LU分解解线性方程组课程教案、知识点、字幕

好 LU分解到底有什么作用呢

LU分解可以来解线性方程组

我们看看 假设我们的A等于LU

那么我们的线性方程组Ax等于b

这个A等于LU

那线性方程组Ax等于b呢

就可以写成Lc等于b

Ux等于c这样的两个方程组

那注意到L是一个下三角矩阵

所以Lc等于b

这时候这个L

这个系数矩阵是下三角形的矩阵

Ux等于c

这时候U是一个上三角形的矩阵

所以

我们由原来的这个线性方程组

变成了两个三角形的方程组

我们来看例子

我们看这个系数矩阵

如果是1 2 1这个矩阵

就是2 1 0

1 2 1 0 1 2这个矩阵

我们对它来做LU分解

假设我们LU分解已经做好了

这是我们的L

这是我们的U

那么应用这个LU分解

来求解Ax等于b

这时候b是10 17 16

这样的一个常数向量

那我们可以把它转化成Lc等于b这时候c是未知向量

Ux等于c x是未知向量

我们看Lc等于b

这是我们的L矩阵

乘以未知向量c等于b

那么由于这个时候

这个系数矩阵

L是一个下三角矩阵

那么求解这个方程组的过程

实际是上先从上往下c1等于10

然后代到第二个方程里头

求出c2等于12

再代到第三个方程里头

求出c3等于8是这样的一个过程

那么相应的Ux等于c呢

U这个系数矩阵

是一个上三角矩阵

所以我们在求解的过程

是从下先从x3等于6

那么再代到第二个方程里头去

得到x2等于4

再代到第一个方程里头去

x1等于3

那么如果我们不算

刚才LU的这个分解的运算在里头

解两个三角形的方程组Lc等于b

和这个Ux等于c呢

要比直接解Ax等于b要来的简单

那么大家就问

如果把LU分解的运算

放在里面又怎么样

求Ax等于b的

这个运算量是相当的

问题是在于

在实际的问题中

我们常需要解一系列

具有相同系数矩阵的线性方程组

比如是Ax等于b1 Ax等于b2

Ax等于bp 这个p可能会很大

那么如果我A可逆的话

我就可以把A逆求出来

然后再求A逆b1 A逆b2 A逆bp

是上面这一系列方程组的唯一解

实际运算中呢

我们经常是这样去做

我们用消元法

去求解第一个方程组

那么同时能够得到A的LU分解

因为你在做消元的过程

你可以得到LU分解

然后我们LU分解有了以后

就用LU分解来解剩下的方程组

那么计算量就变小了

好 在这样的情况下

LU分解就起到相当大的威力

线性代数(1)课程列表:

总引言

-课前引言

--课前引言

第一讲 向量及其运算

-1.1 引言

--1.1 引言

-1.2 n维向量空间中的点

--1.2 n维向量空间中的点

-1.3 向量

--1.3 向量

-1.4 向量空间的定义

--1.4 向量空间的定义

-1.5 向量空间的线性组合

--1.5 向量空间的线性组合

-1.6 向量的点积、长度

--1.6 向量的点积、长度

-1.7 向量的夹角

--1.7 向量的夹角

-1.8 两个不等式

--1.8 两个不等式

-第一讲 向量及其运算--1.9 课后作业

-第一章讲义

第二讲 矩阵与线性方程组

-2.1 矩阵与向量的乘积

--2.1 矩阵与向量的乘积

-2.2 可逆矩阵

--2.2 可逆矩阵

-2.3 线性方程组的行图和列图

--2.3 线性方程组的行图和列图

-第二讲 矩阵与线性方程组--2.4 课后作业

-第二章讲义

第三讲 高斯消元法

-3.1 Gauss消元法(上)

--3.1 Gauss消元法(上)

-3.1 Gauss消元法(下)

--3.1 Gauss消元法(下)

-3.2 消元法的矩阵表示 3.2.1 消去矩阵

--3.2 消元法的矩阵表示 3.2.1 消去矩阵

-3.2 消元法的矩阵表示 3.2.2 置换阵

--线性代数03++3.2.2置换阵

-3.2 消元法的矩阵表示 3.2.3 初等行(列)变换和初等矩阵

--线性代数03++3.2.3初等行列变换和初等矩阵

-第三讲 高斯消元法--3.3 课后作业

-第三章讲义

第四讲 矩阵的运算

-4.1 矩阵

--4.1 矩阵

-4.2 矩阵的加法和数乘

--4.2 矩阵的加法和数乘

-4.3 矩阵的乘法

--4.3 矩阵的乘法

-4.4 矩阵的乘法的性质

--4.4 矩阵的乘法的性质

-4.5 矩阵的方幂

--4.5 矩阵的方幂

-4.6 关于矩阵乘法的引入

--4.6 关于矩阵乘法的引入

-4.7 分块矩阵

--4.7 分块矩阵

-4.8 矩阵的转置

--4.8 矩阵的转置

-第四讲 矩阵的运算--4.9 课后作业

-第四章讲义

第五讲 矩阵的逆

-5.1 可逆矩阵的定义

--5.1 可逆矩阵的定义

-5.2 矩阵可逆的性质

--5.2 矩阵可逆的性质

-5.3 初等矩阵的逆

--5.3 初等矩阵的逆

-5.4 Gauss-Jordan消元法求A的逆

--5.4 Gauss-Jordan消元法求A的逆

-5.5 矩阵可逆与主元个数

--5.5 矩阵可逆与主元个数

-5.6 下三角矩阵的逆

--5.6 下三角矩阵的逆

-5.7 分块矩阵的消元和逆

--5.7 分块矩阵的消元和逆

-第五讲 矩阵的逆--5.8 课后作业

-第五章讲义

第六讲 LU分解

-6.1 LU分解

--LU分解

-6.2 用LU分解解线性方程组

--用LU分解解线性方程组

-6.3 消元法的计算量

--消元法的计算量

-6.4 LU分解的存在性和唯一性

--LU分解的存在性和唯一性

-6.5 对称矩阵的LDL^T分解

--对称矩阵的LDL^T分解

-6.6 置换矩阵

--置换矩阵

-6.7 PA=LU分解

--PA=LU分解

-第六讲 LU分解--6.8 课后作业

-第六章讲义

第七讲 向量空间

-7.1 引言

--7.1 引言

-7.2 向量空间和子空间

--7.2 向量空间和子空间

-7.3 列空间和零空间

--7.3 列空间和零空间

-7.4 阶梯形

--7.4 阶梯形

-第七讲 向量空间--7.5 课后作业

-第七章讲义

第八讲 求解齐次线性方程组

-8.1 引言

--8.1 引言

-8.2 基础解系

--8.2 基础解系

-8.3 简化行阶梯形的列变换

--8.3 简化行阶梯形的列变换

-第八讲 求解齐次线性方程组--8.4 课后作业

-第八章讲义

第九讲 求解非齐次线性方程组

-9.1 复习

--9.1 线性代数复习

-9.2 求特解

--9.2 线性代数求特解

-9.3 解的一般性讨论

--9.3 解的一般性讨论

-第九讲 求解非齐次线性方程组--9.4 课后作业

-第九章讲义

第十讲 线性无关、基与维数

-10.1 引言

--引言

-10.2 n维空间的坐标系

--10.2 +n维空间的坐标系

-10.3 无关性、基与维数

--10.3 无关性、基与维数

-10.4 无关性、基与维数的性质

--10.4 无关性、基与维数的性质

-10.5 关于秩的不等式

--10.5 +关于秩的不等式

-第十讲 线性无关、基与维数--10.6 课后作业

-第十章讲义

第十一讲 四个基本子空间的基和维数

-11.1 四个基本子空间的基

--11.1

-11.2 维数公式

--11.2

-11.3 例题

--11.3

-第十一讲 四个基本子空间的基和维数--11.4 课后作业

-第十一章讲义

第十二讲 四个基本子空间的正交关系

-12.1 引言

--12.1

-12.2 四个子空间的正交性

--12.2

-12.3 正交补

--12.3

-12.4 Ax=b在行空间中的唯一性

--12.4

-第十二讲 四个基本子空间的正交关系--12.5 课后作业

-第十二章讲义

第十三讲 正交投影

-13.1 引言

--13.1 引言

-13.2 点在直线和平面上的投影

--13.2 点在直线和平面上的投影

-13.3 一般情形

--13.3 一般情形

-第十三讲 正交投影--13.4 课后作业

-第十三章讲义

第十四讲 最小二乘法

-14.1 复习

--14.1 复习

-14.2 最小二乘法

--14.2 最小二乘法

-14.3 最小二乘法的应用:曲线拟合

--14.3 最小二乘法的应用:曲线拟合

-第十四讲 最小二乘法--14.4 课后作业

-第十四章讲义

第十五讲 Gram-Schmidt正交化

-15.1 引言

--15.1 引言

-15.2 正交向量组和正交矩阵

--15.2 正交向量组和正交矩阵

-15.3 Gram-Schmidt正交化过程

--15.3 Gram-Schmidt正交化过程

-15.4 QR分解

--15.4 QR分解

-第十五讲 Gram-Schmidt正交化--15.5 课后作业

-第十五章讲义

第十六讲 行列式的基本性质

-16.1 引言

--16.1 引言

-16.2 二阶行列式的几何含义

--16.2 二阶行列式的几何含义

-16.3 一般行列式的定义

--16.3 一般行列式的定义

-16.4 行列式和初等变换

--16.4 行列式和初等变换

-第十六讲 行列式的基本性质--16.5 课后作业

-第十六章讲义

第十七讲 行列式的计算

-17.1 行列式计算公式与展开定理

--17.1 行列式计算公式与展开定理

-17.2 典型例题

--17.2 典型例题

-第十七讲 行列式的计算--17.3 课后作业

-第十七章讲义

第十八讲 Cramer法则及行列式的几何意义

-18.1 引言

--18.1 引言

-18.2.1 求逆矩阵公式

--18.2.1 求逆矩阵公式

-18.2.2 线性方程组的公式解

--18.2.2 线性方程组的公式解

-18.3 计算有向长度、面积和体积

--18.3 计算有向长度、面积和体积

-18.4 和QR分解的联系

--18.4 和QR分解的联系

-第十八讲 Cramer法则及行列式的几何意义--18.5 课后作业

-第十八章讲义

第十九讲 特征值与特征向量

-19.1 引言和定义

--default

-19.2 例

--default

-19.3 特征值的性质

--default

-第十九讲 特征值与特征向量--19.4 课后作业

-第十九章讲义

第二十讲 矩阵的对角化

-20.1 矩阵可对角化的条件

--default

-20.2 特征值的代数重数和几何重数

--default

-20.3 矩阵可对角化的应用

--default

-20.4 同时对角化

--default

-20.5 小结

--default

-第二十讲 矩阵的对角化--20.6 课后作业

-第二十章讲义

第二十一讲 特征值在微分方程中的应用

-21.1 引言

--21.1 引言

-21.2 A可对角化的情形

--21.2 A可对角化的情形

-21.3 矩阵的指数函数

--21.3 矩阵的指数函数

-21.4 二阶常系数线性微分方程

--21.4 二阶常系数线性微分方程

-21.5 微分方程的稳定性

--21.5 微分方程的稳定性

-第二十一讲 特征值在微分方程中的应用--21.6 课后作业

-第二十一章讲义

第二十二讲 实对称矩阵

-22.1 实对称矩阵的特征值与特征向量

--22.1 实对称阵的特征值与特征向量

-22.2 实对称阵正交相似于对角阵

--22.2 实对称阵正交相似于对角阵

-22.3 实对称阵特征值与主元的关系

--22.3 实对称阵特征值与主元的关系

-22.4 小结

--22.4 小结

-第二十二讲 实对称矩阵--22.5 课后作业

-第二十二章讲义

结束语

-总结和预告

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用LU分解解线性方程组笔记与讨论

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