线性方程组的解的三种情况是什么?

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熊与熊的故事
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2021-12-09 · 青春是有限的,智慧是无穷的
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线性方程组的解的三种情况如下:

第一种是无解。也就是说,方程之间出现有矛盾的情况。

第二种情况是解为零。这也是其次线性方程组唯一解的情况。

第三种是齐次线性方程组系数矩阵线性相关。这种情况下有无数个解。

线性方程组是各个方程关于未知量均为一次的方程组(例如2元1次方程组)。对线性方程组的研究,中国比欧洲至少早1500年,记载在公元初《九章算术》方程章中。

1、解线性方程组的方法大致可以分为两类:直接方法和迭代法。直接方法是指假设计算过程中不产生舍入误差,经过有限次运算可求得方程组的精确解的方法;迭代法是从解的某个近似值出发,通过构造一个无穷序列去逼近精确解的方法。

2、消去法:Gauss(高斯)消去法——是最基本的和最简单的直接方法,它由消元过程和回代过程构成,基本思想是:将方程组逐列逐行消去变量,转化为等价的上三角形方程组(消元过程);然后按照方程组的相反顺序求解上三角形方程组,得到原方程组的解(回代过程)。

优缺点:简单易行,但是要求主元均不为0,适用范围小,数值稳定性差。

列主元素消去法——基本思想是在每次消元前,在要消去未知数的系数中找到绝对值大的系数作为主元,通过方程对换将其换到主对角线上,然后进行消元。

优点:计算简单,工作量大为减少,数值稳定性良好,是求解中小型稠密线性方程组的最好方法之一。

全主元素消去法——基本思想是在全体待选系数a(ij)(k)中选取主元,并通过行与列的互换把它换到a(kk)(k)的位置,进行消元。

优缺点:这种方法的精度优于列主元素法,它对控制舍入误差十分有效,但是需要同时作行列变换,因而程序比较复杂,计算时间较长。

3、直接三角分解法:消元过程实际上是把系数矩阵A分解成单位下三角形矩阵与上三角形矩阵乘积的过程,其中L为单位下三角形矩阵,U为上三角形矩阵。这种分解过程称为杜利特尔(Doolittle分解),也称为LU分解。当系数矩阵进行三角分解后,求解方程组Ax = b的问题就等价于求解两个三角形方程组Ly=b和Ux=y。

矩阵的直接三角分解——设A为n阶方阵,若A的顺序主子式A(i)均不为0,则矩阵A存在唯一的LU分解;直接三角分解法——如果线性方程组Ax = b的系数矩阵已进行三角分解A=LU,则解方程组Ax=b等价于求解两个三角形方程组Ly=b和Ux=y。

列主元素的三角分解法——设矩阵A非奇异,则存在置换矩阵P,使得PA有唯一的LU分解(即PA=LU),且|l(ij)|≤1。

4、排列阵:单位矩阵经过若干次行变换所得到的矩阵。

5、克劳特(Crout)分解:将矩阵A分解成一个下三角形矩阵L与一个单位上三角形矩阵U的乘积。

6、特殊矩阵的三角分解法:在工程实际计算中,如三次样条插值或用差分法求解常微分方程边值问题,导出的线性方程组的系数矩阵A常常是稀疏的三对角形矩阵或A是对称正定阵,使得A的三角分解也具有更简洁的形式。

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