СЫЗЫҚТЫҚ АЛГЕБРАЛЫҚ ТЕҢДЕУЛЕР ЖҮЙЕСІН ШЕШУ ӘДІСТЕРІ

Сызықты алгебралық теңдеулер жүйенің шешімін сандық әдісте тура (дәл) және итерациялық әдістер деп бөледі.

ТУРАәдісте жүйенің шешімі арифметикалық амалдардың ақырлы санымен шектелетіндігімен сипатталады. Тіке әдіске жататындар: Крамер әдісі, белгісіздерді біртіндеп жою әдісі (Гаусс әдісі). Практикада сандарының реті 103 -нан аспайтын жүйелерді шешуде тура әдісті қолданады.

ИТЕРАЦИЯЛЫҚәдістер жуықтауға жатады. Бұл әдістер жүйенің шешімін бірдей схемамен есептелген, тізбектелген жуықтаулардың шегі ретінде анықтайды. Итерациялық әдістерге мыналар жатады: жәй итерация әдісі, Зейдель әдісі, градиенттік әдістер.

Тура шешу тәсілдері

Гаусс әдісі

(3.3)

(3.3) - квадрат матрицалы жүйе берілсін. Жүйенің матрицасы ерекше емес немесе айқындалмаған болсын. Гаусс әдісін практикада белгісіздерді біртіндеп жою әдісі деп те атайды.

Әдістің негізгі идеясы немесе мағынасы: берілген жүйенің матрицасын үшбұрышты түрге келтіру, бұл – тура жол деп аталады, сосын үшбұрышты матрицаны қолданып құрған жаңа жүйеден белгісіздерді біртіндеп табу, бұл – кері жол деп аталады. Сонда Гаусс әдісі 2 этаптан тұрады:

1 тура жол – матрицаны үшбұрышты түрге келтіру.

2 кері жол – белгісіздерді ең соңғысынан бастап кері қарай табу.

Бұл әдіс тура тәсілге жатады. Яғни белгісіздердің мәнін бастапқы жүйеге қойғанда теңдіктің оң жағындағы мәндер мен сол жағындағы мәндер бір біріне тең болады.

Матрицаны үшбұрышты түрге келтіру әр түрлі әдіспен орындалады, қолданылатын әдіс теңдеулердің коэффициенттеріне байланысты.

Тура жол

басшы элементі нөлден өзгеше деп есептеп (3.3)- жүйенің бірінші теңдеуінің коэффициенттерін басшы элементке бөлу арқылы келесі теңдеуді аламыз:

(3.4.)

Мұндағы

, (3.5)

(3.4) - теңдеуді қолданып (3.3) - жүйенің 2-ші теңдеуінен, 3-ші теңдеуінен және n-ші теңдеуінен х₁ белгісізін жоюға болады. Ол үшін (3.4)-ші теңдеуді а₂₁, а₃₁, ..., а_n1коэффициенттеріне көбейтіп шыққан нәтижелерді сәйкесінше 2-ші теңдеуден, 3-ші теңдеуден, т.с.с. n-ші теңдеуден азайтып a_ij¹ деп белгілейміз:

(3.6)

Сонда келесідей жүйе аламыз:

(3.7)

Алынған (3.7) - жүйенің 1-ші теңдеуін а₂₂¹ элементіне бөліп, теңдеу аламыз:

(3.8)

мұндағы

, (3.9)

х₁ белгісізін қалай жойсақ, тура сол сияқты х₂ белгісізін (3.7) - жүйеден жоямыз, сонда мынадай жүйе алынады:

(3.10)

мұндағы

(3.11)

(3.10) - жүйенің 1-ші теңдеуін элементіне бөліп

(3.11)

теңдеу аламыз. Мұндағы

, (3.12)

(3.11) - теңдеу көмегімен (3.10) - жүйеден х₃ белгісізін жоямыз.

Осы әрекеттер тізімін матрица толық үшбұрышты түрге келгенше жалғастырамыз да (3.4)-ші, (3.8)-ші, (3.11)-ші, т.с.с. алуға болатын теңдеулерді жинақтап келесідей жүйе аламыз:

(3.13)

Кері жол

(3.13) - жүйенің ең соңғы n-ші теңдеуінен белгісізін тауып алып n-1 –ші теңдеуге қою арқылы x_n-1 белгісізін табуға, сол сияқты кері қарай барлық белгісіздерді табуға болады.

Ескерту: Бұл әдіс матрицаның басшы элементі нөлден өзгеше болған жағдайда қолданылады. Егер берілген жүйе матрицасының басшы элементі нөлге тең болса, жүйенің теңдеулерінің орындарын ауыстыру арқылы, арифметикалық операциялар қолдану арқылы басшы элементтің нөлдігінен құтылуға болады.

Практикада есептеу жеңіл болуы үшін Гаусс компактілі схемасын толтырады (1-кесте ), мысал үшін 4 белгісізді жүйе қарастырылды.

1-мысал:

(3.14)

Тура жол

Есептеу процесінің қалай өрбитінін бақылау үшін кесте толтырған дұрыс (3-кестені қараңыз). Кестенің I - бөлігіне жүйенің кеңейтілген матрицасын толтырамыз.

Кестенің соңғы екі бағаны ∑, S – есептеу қателігін бақылауды ұйымдастырады. I – бөліктің ең соңғы бақылаушы бағанындағы мәндер матрицаның әр жолындағы элементтердің қосындысы ретінде табылады . b_1jжолының бақылаушы бағанындағы элементтер I – бөліктің ең соңғы бақылаушы бағанындағы мәндерді басшы элементке бөлу арқылы табылады . II – бөліктің бақылаушы бағанындағы мәндер I – бөліктің ең соңғы бақылаушы бағанындағы мәндерге (3.6) - формуланы қолдану арқылы анықталады . Дәл осылай бақылаушы бағанның қалған екі жолын да толтыруға болады:

, төменде көрсетілген , формулалары арқылы. ∑, S – бағандарындағы мәндер бір - бірінен өте аз ауытқуы немесе тұтас беттесуі керек. Сонда есеп дұрыс жүргізілген болады. (3.5) - формуланы қолданамыз:

; ; ;

;

Бұл мәндерді кестенің b_1j жолына жазамыз. (3.6) - формуланы қолданамыз:

;

; Бұл сандарды кестенің II – бөлігіндегі сәйкес орындарына жазамыз.

(Бұл мән кестенің ∑ бағанында орналасады.)

;

; Бұл сандарды кестенің II – бөлігіндегі сәйкес орындарына жазамыз.

; (Бұл мән кестенің ∑ бағанында орналасады.) (3.7) - формуланы қолданамыз:

; ; ;

Бұл сандарды кестенің b_2j жолына жазамыз. (3.11) - формуланы қолданамыз:

;

2-кесте – Гаусстың компактілі схемасы

Бөліктер	i	X₁	X₂	X₃	X₄	b_i	∑=a_i6
I		a₁₁ a₂₁ a₃₁ a₄₁	a₁₂ a₂₂ a₃₂ a₄₂	a₁₃ a₂₃ a₃₃ a₄₃	a₁₄ a₂₄ a₃₄ a₄₄	b₁ b₂ b₃ b₄
B_1j			b₁₂	b₁₃	b₁₄	b₁₅
II
B_2j				b₂₃	b₂₄	b₂₅
III
B_3j					b₃₄	b₃₅
IV
V						x₄ x₃ x₂ x₁