72918

Решение системы линейных алгебраических уравнений с вещественными коэффициентами с помощью метода Гаусса

Курсовая

Информатика, кибернетика и программирование

Дано: Система линейных алгебраических уравнений. Требуется решить систему линейных алгебраических уравнений с вещественными коэффициентами с помощью метода Гаусса. Существует множество методов решения систем линейных алгебраических уравнений таких как: метод Крамера решение СЛАУ матричным методом метод Гаусса.

Русский

2014-12-01

117.93 KB

3 чел.

Введение

Компьютерная грамотность, владение компьютерными технологиями являются в современной жизни необходимостью.

Современное производство требует знания информационных технологий и навыков работ на компьютере.

Информатика - одна из немногих учебных дисциплин, развивающая таким практическим навыки, которые востребуются напрямую и немедленно, сразу после включения молодого специалиста в профессиональную деятельность.

Естественно, процесс овладения компьютерной грамотностью должен начинаться ещё в школе, но на сегодняшний день ещё не все школы оснащены необходимым оборудованием.

1 Постановка задачи.

Дано: Система линейных алгебраических уравнений.

Требуется решить систему линейных алгебраических уравнений с вещественными коэффициентами с помощью метода Гаусса.

2 Описание метода.

Существует множество методов решения систем линейных алгебраических  уравнений таких как: метод Крамера, решение СЛАУ матричным методом, метод Гаусса.

Метод Гаусса - классический метод решения системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ). Состоит в постепенном понижении порядка системы и исключении неизвестных.

Достойнства метода:

-Менее трудоемкий по сравнению с другими методами

-Позволяет однозначно установить, совместна система или нет, и если совместна найти ее решение

-Позволяет найти максимальное число линейно независимых уравнений-ранг матрицы системы.

Существенные Недостатки: этот метод не позволяет найти общие формулы, выражающие решение системы через ее коэффициенты и свободные члены, которые необходимо иметь при теоретическом иследовании.

Суть метода Гаусса состоит в последовательном исключении неизвестных переменных: сначала исключается x1 из всех уравнений системы, начиная со второго, далее исключается x2из всех уравнений, начиная с третьего, и так далее, пока в последнем уравнении останется только неизвестная переменная xn. Такой процесс преобразования уравнений системы для последовательного исключения неизвестных переменных называется прямым ходом метода Гаусса. После завершения прямого хода метода Гаусса из последнего уравнения находитсяxn, с помощью этого значения из предпоследнего уравнения вычисляется xn-1, и так далее, из первого уравнения находится x1. Процесс вычисления неизвестных переменных при движении от последнего уравнения системы к первому называется обратным ходом метода Гаусса.

3 Алгоритм решения.

1.Кратко опишем алгоритм исключения неизвестных переменных.

Будем считать, что , так как мы всегда можем этого добиться перестановкой местами уравнений системы. Исключим неизвестную переменную x1 из всех уравнений системы, начиная со второго. Для этого ко второму уравнению системы прибавим первое, умноженное на - , к третьему уравнению прибавим первое, умноженное на , и так далее,   к                  n-омууравнению прибавим первое, умноженное на . Система уравнений после таких преобразований примет вид

 

 где
 
  .

К такому же результату мы бы пришли, если бы выразили x1 через другие неизвестные переменные в первом уравнении системы и полученное выражение подставили во все остальные уравнения. Таким образом, переменная x1 исключена из всех уравнений, начиная со второго.

2.Далее действуем аналогично, но лишь с частью полученной системы, которая отмечена на рисунке

 


Будем считать, что  (в противном случае мы переставим местами вторую строку с k-ой, где ). Приступаем к исключению неизвестной переменной x2 из всех уравнений, начиная с третьего.

Для этого к третьему уравнению системы прибавим второе, умноженное на , к четвертому уравнению прибавим второе, умноженное на , и так далее, к n-омууравнению прибавим второе, умноженное на . Система уравнений после таких преобразований примет вид

 

 где
 
 .

Таким образом, переменная x2 исключена из всех уравнений, начиная с третьего.

Далее приступаем к исключению неизвестной x3, при этом действуем аналогично с отмеченной на рисунке частью системы

 

Так продолжаем прямой ход метода Гаусса пока система не примет вид

 

 

С этого момента начинаем обратный ход метода Гаусса: вычисляем xn из последнего уравнения как , с помощью полученного значения xn находим xn-1 из предпоследнего уравнения, и так далее, находим x1 из первого уравнения.

//Описать все переменные
4 код программы.

uses crt;

 

type vec=array[1..4] of real;

mas=array[1..4,1..4] of real;

 

var a:mas; b,x:vec;

h,s:real;

i,j,k,n:integer;

inp:text;

 

Begin

Clrscr;

n:=4;

assign(inp,'inp.txt'); //a[1,1], a[1,2],.....,a[4,4], b[1]....b[4]- содержание файла inp.txt всё в один столбец

reset(inp);

read(inp,a[1,1],a[1,2],a[1,3],a[1,4],a[2,1],a[2,2],a[2,3],a[2,4],a[3,1],a[3,2],a[3,3],a[3,4],a[4,1],a[4,2],a[4,3],a[4,4], b[1],b[2],b[3],b[4]); //Прописать полностью эллементы

close(inp);

 

writeln('Исходная матрица');

for i:=1 to n do begin

write(i);

for j:=1 to n do

write(a[i,j]:10:5);

writeln(b[i]:10:5) end;

writeln; writeln; writeln;

{исключение переменных}

for i:=1 to n-1 do

for j:=i+1 to n do begin

a[j,i]:=-a[j,i]/a[i,i];

for k:=i+1 to n do

a[j,k]:=a[j,k]+a[j,i]*a[i,k];

b[j]:=b[j]+a[j,i]*b[i] end;

x[n]:=b[n]/a[n,n];

{нахождение корней}

for i:=n-1 downto 1 do begin

h:=b[i];

for j:=i+1 to n do h:=h-x[j]*a[i,j];

x[i]:=h/a[i,i]; end;

writeln('Корни уравнения');

for i:=1 to n do writeln('x(',i,')=',x[i]:10:5);

writeln;

readkey

end.

5 Заключение.

Помимо аналитического решения СЛАУ, метод Гаусса также применяется для нахождения матрицы, обратной к данной, определения ранга матрицы, численного решения СЛАУ в вычислительной технике.

Итогом работы можно считать созданную функциональную модель решения системы линейных алгебраических уравнений методом Гаусса. Данная модель применима к невырожденным матрицам с одинаковым количеством строк и столбцов. Созданная функциональная модель и ее программная реализация могут служить органической частью решения более сложных задач.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

49881. Cинтез и анализ цифрового фильтра 1.09 MB
  Дискретная обработка аналогового сигнала. Математическая модель сигнала. Расчёт спектральной плотности сигнала. Дискретизация сигнала.
49882. Разработка нейронной сети 1.4 MB
  Нейронные сети Основы работы нейронной сети. Рассмотрение нейросети на примере.
49883. Использование эффекта оптической активности для измерения физических величин 375 KB
  Очень интересно явление вращение плоскости поляризации света при его прохождении через среду. Свойство вещества поворачивать плоскость поляризации света называется естественной оптической активностью. Оптическая активность способность вещества: твердого жидкого или газа ─ вращать плоскость поляризации проходящего через него света. Он же установил что: а угол j поворота плоскости поляризации линейно зависит от толщины l слоя активного вещества или его раствора и концентрации с этого вещества:...
49884. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ И БИОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ 168.83 KB
  Характеристики химических и биологических сенсоров. Устройство и принципы работы химических сенсоров. Устройство и принципы работы электрохимических сенсоров. Устройство и принципы работы биологических сенсоров.
49885. Использование оптического эффекта Керра для измерения физических величин 476.22 KB
  Вместе с тем явление Керра нашло за последние годы ряд чрезвычайно важных научных и научно-технических применений, основанных на способности его протекать практически безынерционно, т.е. следовать за очень быстрыми переменами внешнего поля. Таким образом, и по теоретической, и по практической ценности явление двойного лучепреломления в электрическом поле принадлежит к числу крайне интересных и важных
49886. Игра Кубики-перевертыши 132.5 KB
  Цель выполнения данной курсовой работы – формирование представления о взаимосвязи различных стадий единого процесса проектирования сложных программных систем. В результате выполнения работы приобретаются навыки реализации основных стадий разработки: системного анализа, проектирования, программирования и тестирования.
49887. Поняття шлюбу. Особи, які не можуть перебувати у шлюбі між собою 100 KB
  Регулювання шлюбно-сімейних відносин, в усі часи були в центрі уваги держави. В даний час інтерес у цій найважливішій соціобудуючій структурі суспільства ще більше зріс. Саме шлюб є ​​початком і ядром сімї, він повязаний переважно з народженням дітей і їх вихованням
49889. Легальна влада, її сутність та особливості. Процес легітимізації державної влади 142 KB
  Теоретичний і методологічний аналіз категорії влади. Політична влада виникла раніше за владу державну і визначає реальну здатність соціальної групи чи індивіда проводити свою волю; вона є невідємною складовою загального визначення влади як форми соціальних відносин якій властивий всеохоплюючий характер здатність проникати в усі види людської діяльності. Міждисциплінарна сутність категорії влади що розглядається як соціологією так і політологією психологією та ін складність у визначенні співвідношення фактичної та формальної влади...