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[数值分析] 用插值法求拟三对角方程组的数值解

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原文

摘 要:文章将求解三对角线性方程组数值解的插值法进行推广,得到一种求解拟三对角方程组的插值算法。从理论分析和数据实验两方面都表明,此算法的时间复杂性和精度都与LU分解法相当。由于在计算过程中不需设置二维数组,和其它算法比较起来,它占有较小的内存。另外,此算法的设计思想还可用来求解其它一些线性方程组。
关键词:线性方程组 数值解 插值法 拟三对角方程组

求解线性方程组数值解的方法可以分为两大类:直接解法和迭代法。直接解法如:Guass消去法,LU分解法[1];迭代法如:Jacobi迭代法,Guass-Seidel迭代法,松弛迭代法[1,2],投影法[3,4]等。除了这些较为一般的方法外,对于一些特殊的方程组,又有一些特殊的方法。插值法[5]就是求解三对角方程组的非常好的算法。本文将其思想推广到拟三对角方程组和其它一些方程组。对这些算法的时间复杂性进行分析,并通过实验验证算法的精度。
设线性方程组:
(1)
其中, , , 。
若A为拟三对角矩阵:
...
则称方程组(1)为拟三对角方程组。这里,假设A非奇异,且 。
下面先阐述用插值法求拟三对角方程组的数值解的基本思想。
将方程组(1)的第一个和最后一个方程去掉,得到(1)的一个部分方程组,
(3)
其中,
(4)
, 。显然,秩 。
取 ,由递推式
(5)
求出方程组(3)的第一组解,
(6)
取 ,由递推式
(7)
求出方程组(3)的第二组解,
(8)
取 ,由递推
(9)
求出方程组(3)的第三组解,
(10)
记 ,则 。
于是,对于 有


(11)
...


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不存在


  参考资料

[1] 颜庆津 数值分析[M] 北京:北京航空航天大学出版社,2000
[2] 胡家赣 线性代数方程组的迭代解法[M] 北京:科学出版社,1999
[3] C. Brezinski. Projection methods for linear systems[J]. Journal of Computational and Applied Mathematics,1997,(77):35~51
[4] 徐树芳 矩阵计算的理论与方法[M] 北京:北京大学出版社,1995
[5] 张凯院,徐仲 数值代数[M] 西安:西北工业大学出版社,2000
[6] J.H.威尔金森著,石钟慈,邓健新译 代数特征值问题[M] 北京:科学出版社,2001

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