Доц. Кольвах В. Ф., инж. Кольвах Д. В.
Кафедра промышленной электроники.
Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет)
Разработан алгоритм, сочетающий точность и быстродействие, что позволяет рекомендовать его для практического использования.
Многие задачи расчета электронных схем, теории аппроксимации, теории прогнозирования и т. п. основаны на получении и обращении матрицы Вандермонда:
, (1)
2 Труды молодых ученых №4, 2003 |
|
где сi – различные действительные или комплексные числа.
Особый характер формирования столбцов матрицы v требует возведения в степень чисел сi . Если размер матрицы р достаточно велик, это приводит к плохой обусловленности матрицы. Например, для всех чисел |сi| >1 компоненты последующих строк будут много больше единицы, а для всех чисел |сi| < 1 эти компоненты оказываются много меньше единицы. Поэтому применение стандартных алгоритмов обращения не позволяет получить высокую точность из-за погрешностей обработки чисел в машине.
Существенно лучший результат достигается при использовании разработанной авторами и изложенной ниже последовательности операций.
1. На первом этапе находят общий характеристический многочлен:
. (2)
Обычно этот многочлен уже известен заранее из других этапов решения задачи получения матрицы v. В противном случае для его определения можно воспользоваться формулами Вьета [1] или следующей рекуррентной процедурой:
(3)
2. На втором этапе определяют частный характеристический многочлен для произвольной i-й строки матрицы v -1:
(4)
где
3. На третьем и заключительном этапе находят все элементы i-й строки искомой матрицы v -1 :
(5)
Следует отметить, что значение характеристического многочлена и его коэффициенты вычисляются один раз для всей строки с номером i.
Таким образом, матрица v -1 может быть представлена в следующем виде:
. (6)
Справедливость формулы (6) доказывается перемножением матриц vv -1 = v -1 v в общем виде. В результате получаем единичную матрицу.
Иногда требуется найти не всю матрицу v -1, а только одну из ее строк. В этом случае определение частного многочлена рациональнее сразу проводить по формулам (3).
Изложенный алгоритм обеспечивает точное обращение матрицы Вандермонда при минимальном количестве операций перемножения-деления. Дополнительное сокращение объема вычислений достигается за счет того, что комплексно-сопряженные компоненты сi и сj исходной матрицы v дают в итоге комплексно-сопряженные строки в матрице v -1.
Следует отметить, что действительный столбец исходной матрицы v дает при обращении соответствующую действительную строку в матрице v -1, а умножение любого столбца на ненулевое число в матрице v приводит к делению на это же число соответствующей строки в матрице v -1 .
Список литературы
1. Курош А. Г. Курс высшей алгебры. М.: Наука, 1971.
2. Кольвах В. Ф., Кольвах Д. В. Расчет и оптимизация электронных схем. Владикавказ, СКГТУ, изд. "Терек", 1998.
Другие работы по теме:
Замена и ремонт матрицы ноутбука
К несчастью, именно экранная матрица является наиболее уязвимой частью ноутбука. Обратите внимание, что неисправность матрицы совсем необязательно связана с отрицательным воздействием извне.
Математика матрица
Матрицы Матрица - прямоугольная (в частном случае квадратная) таблица с числами. Матрица m Ч n - это таблица из m строк и n столбцов. Если m = n, матрицу называют квадратной матрицей порядка n.
Теорема Лапласа
Теоре?ма Лапла?са — одна из теорем линейной алгебры. Названа в честь французского математика Пьера-Симона Лапласа (1749 — 1827), которому приписывают формулирование этой теоремы в 1772 году.
Линейная алгебра
Обратная матрица. Матрица A-1 - обратная для матрицы A, если AA-1=A-1A=I Для квадратной матрицы A обратная существует тогда и только тогда, когда detA0.
Вычисление обратной матрицы
Рассмотрим квадратную матрицу Квадратная матрица называется невырожденной , или неособенной , если её определитель отличен от нуля и вырожденной , или
Определитель матрицы 2
Оглавление Задача 2 3 Задача 3 5 Задача 4 7 Задача 1 Вычислить определитель 4-го порядка. Решение: Определитель 4-го порядка находится по формуле: aij – элемент матрицы;
Построение матрицы достижимости
Понятие матрицы достижимости и связности. Операция удаления вершины из графа. Алгоритм выделения компонент сильной связности. Разработка и листинг программы на языке Turbo Pascal, осуществляющей вычисление матрицы достижимости по заданному алгоритму.
Системы линейных уравнений и неравенств
Основные понятия теории систем уравнений. Метод Гаусса — метод последовательного исключения переменных. Формулы Крамера. Решение систем линейных уравнений методом обратной матрицы. Теорема Кронекер–Капелли. Совместность систем однородных уравнений.
Решение матриц
Правила произведения матрицы и вектора, нахождения обратной матрицы и ее определителя. Элементарные преобразования матрицы: умножение на число, прибавление, перестановка и удаление строк, транспонирование. Решение системы уравнений методом Гаусса.
Алгебра матриц. Системы линейных уравнений
Выполнение действий над матрицами. Определение обратной матрицы. Решение матричных уравнений и системы уравнений матричным способом, используя алгебраические дополнения. Исследование и решение системы линейных уравнений методом Крамера и Гаусса.
Обратная матрица
Матричные уравнения. Некоторые свойства определителей.Фундаментальная система решений.
Матрицы
Общие определения, связанные с понятием матрицы. Действия над матрицами. Определители 2-го и 3-го порядков, порядка n, порядок их вычисления и характерные свойства. Обратные матрицы и их ранг. Понятие и этапы элементарного преобразования матрицы.
Графическое представление графа
Алгоритм перехода к графическому представлению для неориентированного графа. Количество вершин неориентированного графа. Чтение из матрицы смежностей. Связи между вершинами в матрице. Задание координат вершин в зависимости от количества секторов.
Определитель матрицы
Вид в матричной форме, определитель матрицы, алгебраического дополнения и всех элементов матрицы, транспоная матрица. Метод Крамера, правило Крамера — способ решения квадратных систем линейных алгебраических уравнений с определителем основной матрицы.
Системы линейных уравнений
Решение системы линейных уравнений по правилу Крамера и с помощью обратной матрицы. Нахождение ранга матрицы. Вычисление определителя с помощью теоремы Лапласа. Исследование на совместимость системы уравнений, нахождение общего решения методом Гауса.
Матрицы действия с ними
Контрольная работа на тему: «Матрицы, действия с ними» Историческая справка Понятие Матрица (в математике) было введено в работах У. Гамильтона и А. Кэли в середине 19 века. Основы теории созданы К. Вейерштрассом и Ф. Фробениусом (2-я половина 19 века и начало 20 века). И.А. Лаппо-Данилевский разработал теорию аналитических функций от многих матричных аргументов и применил эту теорию к исследованию систем дифференциальных уравнений с аналитическими коэффициентами.
Исследования и теории Габриеля Крамера
Преподавательская работа швейцарского математика Габриэля Крамера, введение в анализ алгебраических кривых. Система произвольного количества линейных уравнений с квадратной матрицей Крамера. Классификация и порядок математических и алгебраических кривых.
Основы высшей математики
Понятие "матрица" в математике. Операция умножения (деления) матрицы любого размера на произвольное число. Операция и свойства умножения двух матриц. Транспонированная матрица – матрица, полученная из исходной матрицы с заменой строк на столбцы.
Квадратные формы
Лекция 10. Квадратичные формы и их связь с симметричными матрицами. Свойства собственных векторов и собственных чисел симметричной матрицы. Приведение квадратичной формы к каноническому виду.
Крамер, Габриэль
Габриэ́ль Кра́мер (нем. Gabriel Cramer, 31 июля 1704, Женева, Швейцария—4 января 1752, Баньоль-сюр-Сез, Франция) — швейцарский математик, ученик и друг Иоганна Бернулли, один из создателей линейной алгебры.
Программа, которая упорядочивает элементы чётных строк матрицы по возрастанию, а нечётных – по убыванию
2.24. Составить программу, которая упорядочивает элементы чётных строк матрицы по возрастанию, а нечётных – по убыванию. 17. Задан массив {Ai}: 2; 0,4; 3,14; -1,57; 11; 7,34; -2,6; 0; 5; -1. Вычислить массив {Yi}, каждый элемент которого вычисляется по формуле cos(A), и подсчитать количество элементов L из массива {Yi}, попадающих в интервал [0;1].
Программирование математических задач
Си - стандартизированный процедурный язык программирования. Алгоритм и программа на языке Си для формирования двух матриц с определенной размерностью и значением элементов. Применение матриц в математике. Исходный текст программы и результаты выполнения.
Разработка программы при помощи языка низкого уровня ассемблер
Ввод и вывод чисел при помощи подключаемого модуля IO. Особенности работы с одномерными и двухмерными массивами. Тестирование состояние флагов. Рринципы и навыки работы с компилятором и отладчиком. Разработка схемы алгоритма программы на языке ассемблер.
Разработка программ с использованием динамической памяти
Поиск источников ориентированного графа. Использование динамических структур при работе с графами. Способы представления графов, операции над ними, описание программной реализации. Процедуры и функции языка. Функции работы с динамической памятью, графами.
Подготовка электронных документов в MS Word 2
НОУ ВПО ТУЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ УПРАВЛЕНИЯ И БИЗНЕСА им. Н. Д. Демидова ОТЧЕТ о выполнении компьютерного практикума по дисциплине “Информатика” “Подготовка электронных документов в MS Word”
Тесты по Информатике 2
Тест по информатике Алгоритмы: виды, свойства 9 класс по учебнику Угриновича Н.Д. Алгоритм-это: Указание на выполнение действий, Система правил, описывающая последовательность действий, которые необходимо выполнить для решения задачи,
Язык программирования Turbo Pascal
Содержание 1.1 Описание предметной области решаемой задачи 3 1.2 Функции, реализуемые задачей 3 1.3 Входные документы, необходимые для решения задачи 3