Pojdi na vsebino

Konvergentna matrika

Iz Wikipedije, proste enciklopedije

Konvergéntna matríka je v linearni algebri matrika, ki pri potenciranju konvergira k ničelni matriki.

Ozadje

[uredi | uredi kodo]

Ko zaporedne potence matrike postanejo majhne (ko se vsi elementi matrike približajo ničli po dvigu na zaporedne potence), matrika konvergira k ničelni matriki. Regularna razdelitev nesingularne matrike povzroči konvergentno matriko . Polkonvergentna razdelitev matrike povzroči polkonvergentno matriko . Splošna iterativna metoda konvergira za vsak začetni vektor, če je konvergentna, in pod določenimi pogoji, če je polkonvergentna.

Definicija

[uredi | uredi kodo]

Matrika velikosti se imenuje konvergentna matrika, če velja:

 

 

 

 

(1)

za vsak in .[1]:404[2]:14[3]:13

Zgled

[uredi | uredi kodo]

Naj je matrika:

Če se izračunajo njene zaporedne potence, sledi:

in v splošnem:

Ker velja:

in:

je konvergentna matrika. Pri tem se upošteva, da je , kjer predstavlja spektralni polmer matrike , saj je 1/4 edina lastna vrednost matrike .

Opredelitve

[uredi | uredi kodo]

Naj je matrika velikosti . Naslednje značilnosti so enakovredne temu, da je konvergentna matrika:

  1. za neko naravno formo,
  2. za vse naravne forme,
  3. ,
  4. za vsak .[1]:404[2]:14, 63[3]:122[3]:13

Iterativne metode

[uredi | uredi kodo]
Glavni članek: iterativna metoda.

Splošna iterativna metoda vključuje postopek, ki pretvori sistem linearnih enačb:

 

 

 

 

(2)

v ekvivalentni sistem oblike:

 

 

 

 

(3)

za neko matriko in vektor . Ko se izbere začetni vektor , se zaporedje približnih vektorjev rešitev generira z izračunom:

 

 

 

 

(4)

za vsak .[1]:406[3]:61 Za poljubni začetni vektor zaporedje , definirano z enačbo (4) za vsak in , konvergira k edinstveni rešitvi enačbe (3), če in samo če je , oziroma, če je konvergentna matrika.[1]:412[2]:62–63

Regularna razdelitev

[uredi | uredi kodo]
Glavni članek: razdelitev matrike.

Razdelitev matrike je izraz, ki predstavlja dano matriko kot vsoto ali razliko matrik. V sistemu linearnih enačb (2) zgoraj, kjer je matrika nesingularna, se lahko matrika razdeli, oziroma se zapiše kot razlika matrik in :

 

 

 

 

(5)

tako, da se lahko enačba (2) zapiše kot zgornja enačba (4). Izraz (5) je regularna razdelitev matrike , če in samo če je in , oziroma, če imata in samo nenegativne elemente. Če je razdelitev (5) regularna razdelitev matrike in je , potem je in je konvergentna matrika. Zato metoda (4) konvergira.[4]:122–123[3]:89

Polkonvergentna matrika

[uredi | uredi kodo]

Matrika velikosti se imenuje polkonvergentna matrika, če limita:

 

 

 

 

(6)

obstaja.[5]:699 Če je morda singularna, vendar je enačba (2) konsistentna, oziroma, če je v območju , zaporedje, definirano z enačbo (4), konvergira k rešitvi enačbe (2) za vsak vektor , če in samo če je polkonvergentna. V tem primeru se razdelitev (5) imenuje polkonvergentna razdelitev matrike .[5]:700

Glej tudi

[uredi | uredi kodo]

Sklici

[uredi | uredi kodo]
  • Burden, Richard L.; Faires, John Douglas (1993), Numerical Analysis (5. izd.), Boston: Prindle, Weber and Schmidt, COBISS 375380, ISBN 978-0-53-493219-0, OCLC 258508981
  • Isaacson, Eugene; Keller, Herbert Bishop (1994), Analysis of Numerical Methods, New York: Dover, COBISS 4820252, ISBN 978-0-486-68029-3, OCLC 912154846
  • Meyer, Carl Dean mlajši; Plemmons, Robert James (september 1977), »Convergent Powers of a Matrix with Applications to Iterative Methods for Singular Linear Systems«, SIAM Journal on Numerical Analysis, 14 (4): 699–705, Bibcode:1977SJNA...14..699M, doi:10.1137/0714047, ISSN 0036-1429
  • Varga, Richard Steven (1960), »Factorization and Normalized Iterative Methods«, v Langer, Rudolf Ernest (ur.), Boundary Problems in Differential Equations, Madison: University of Wisconsin Press, str. 121–142, COBISS 6782553, LCCN 60-60003
  • Varga, Richard Steven (1962), Matrix Iterative Analysis, Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice–Hall, Bibcode:1962mia..book.....V, COBISS 21167638, LCCN 62-21277