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看不懂…越详细越好…最好带例子分析…高分求教!

来源:学生作业帮 编辑:神马作文网作业帮 分类:数学作业 时间:2024/09/25 04:41:13
看不懂…
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数学上,高斯消元法(或译:高斯消去法),是线性代数中的一个算法,可用来为线性方程组求解,求出矩阵的秩,以及求出可逆方阵的逆矩阵.当用于一个矩阵时,高斯消元法会产生出一个“行梯阵式”.高斯消元法可以用在电脑中来解决数千条等式及未知数.不过,如果有过百万条等式时,这个算法会十分费时.一些极大的方程组通常会用叠代法来解决.亦有一些方法特地用来解决一些有特别排列的系数的方程组.
 高斯消元法可用来找出下列方程组的解或其解的限制:
  2x + y - z = 8 (L1)
  -3x - y + 2z = -11 (L2)
  -2x + y + 2z = -3 (L3)
  这个算法的原理是:
  首先,要将L1 以下的等式中的x 消除,然后再将L2 以下的等式中的y 消除.这样可使整个方程组变成一个三角形似的格式.之后再将已得出的答案一个个地代入已被简化的等式中的未知数中,就可求出其余的答案了.
  在刚才的例子中,我们将3/2 L1和L2相加,就可以将L2 中的x 消除了.然后再将L1 和L3相加,就可以将L3 中的x 消除.
  我们可以这样写:
  L2 + 3/2 L1→ L2
  L3 + L1 → L3
  结果就是:
  2x + y - z = 8
  1/2 y + 1/2 z = 1
  2y + z = 5
  现在将 − 4L2 和L3 相加,就可将L3 中的y 消除:
  L3 + -4 L2 → L3
  其结果是:
  2x + y - z = 8
  1/2y + 1/2z = 1
  -z = 1
  这样就完成了整个算法的初步,一个三角形的格式(指:变量的格式而言,上例中的变量各为3,2,1个)出现了.
  第二步,就是由尾至头地将已知的答案代入其他等式中的未知数.第一个答案就是:
  z = -1
  然后就可以将z 代入L2 中,立即就可得出第二个答案:
  y = 3
  之后,将z 和y 代入L1 之中,最后一个答案就出来了:
  x = 2
  就是这样,这个方程组就被高斯消元法解决了.
  这种算法可以用来解决所有线性方程组.即使一个方程组不能被化为一个三角形的格式,高斯消元法仍可找出它的解.例如在第一步化简后,L2 及L3 中没有出现任何y ,没有三角形的格式,照着高斯消元法而产生的格式仍是一个行梯阵式.这情况之下,这个方程组会有超过一个解,当中会有至少一个变量作为答案.每当变量被锁定,就会出现一个解.
  通常人或电脑在应用高斯消元法的时候,不会直接写出方程组的等式来消去未知数,反而会使用矩阵来计算.以下就是使用矩阵来计算的例子:
  2 1 -1 8
  -3 -1 2 -11
  -2 1 2 -3
  跟着以上的方法来运算,这个矩阵可以转变为以下的样子:
  2 1 -1 8
  0 1/2 1/2 1
  0 0 -1 1
  这矩阵叫做“行梯阵式”.
  最后,可以利用同样的算法产生以下的矩阵,便可把所得出的解或其限制简明地表示出来:
  1 0 0 2
  0 1 0 3
  0 0 1 -1
  最后这矩阵叫做“简化行梯阵式”,亦是高斯-约当消元法指定的步骤.