rank(a) == rank([a b])

Hasonló dokumentumok
7. gyakorlat. Lineáris algebrai egyenletrendszerek megoldhatósága

7. gyakorlat. Lineáris algebrai egyenletrendszerek megoldhatósága

Lineáris egyenletrendszerek

Lineáris algebra 2. Filip Ferdinánd december 7. siva.banki.hu/jegyzetek

A KroneckerCapelli-tételb l következik, hogy egy Bx = 0 homogén lineáris egyenletrendszernek

Lineáris algebra. (közgazdászoknak)

Gauss-eliminációval, Cholesky felbontás, QR felbontás

Vektorok, mátrixok, lineáris egyenletrendszerek

9. gyakorlat Lineáris egyenletrendszerek megoldási módszerei folyt. Néhány kiegészítés a Gauss- és a Gauss Jordan-eliminációhoz

Lineáris algebra és a rang fogalma (el adásvázlat, szeptember 29.) Maróti Miklós

Vektorterek. Wettl Ferenc február 17. Wettl Ferenc Vektorterek február / 27

Bázistranszformáció és alkalmazásai 2.

Kvadratikus alakok és euklideszi terek (előadásvázlat, október 5.) Maróti Miklós, Kátai-Urbán Kamilla

8. Előadás. Megyesi László: Lineáris algebra, , oldal. 8. előadás Mátrix rangja, Homogén lineáris egyenletrendszer

12. előadás. Egyenletrendszerek, mátrixok. Dr. Szörényi Miklós, Dr. Kallós Gábor

Matematikai programok

Matematikai programok

Lineáris leképezések. Wettl Ferenc március 9. Wettl Ferenc Lineáris leképezések március 9. 1 / 31

Skalárszorzat, norma, szög, távolság. Dr. Takách Géza NyME FMK Informatikai Intézet takach/ 2005.

15. LINEÁRIS EGYENLETRENDSZEREK

Gauss-Jordan módszer Legkisebb négyzetek módszere, egyenes LNM, polinom LNM, függvény. Lineáris algebra numerikus módszerei

12 48 b Oldjuk meg az Egyenlet munkalapon a következő egyenletrendszert az inverz mátrixos módszer segítségével! Lépések:

Numerikus módszerek I. zárthelyi dolgozat (2017/18. I., A. csoport) Megoldások

Ortogonalizáció. Wettl Ferenc Wettl Ferenc Ortogonalizáció / 41

Alkalmazott algebra - SVD

Gauss elimináció, LU felbontás

Vektorok. Wettl Ferenc október 20. Wettl Ferenc Vektorok október / 36

Gyakorló feladatok. Agbeko Kwami Nutefe és Nagy Noémi

Legkisebb négyzetek módszere, Spline interpoláció

Rang, sajátérték. Dr. Takách Géza NyME FMK Informatikai Intézet takach/ február 15

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

5. Előadás. Megyesi László: Lineáris algebra, oldal. 5. előadás Lineáris függetlenség

Mer legesség. Wettl Ferenc Wettl Ferenc Mer legesség / 40

1. zárthelyi,

Gauss-Seidel iteráció

Lineáris algebra Gyakorló feladatok

Feladatok a Gazdasági matematika II. tárgy gyakorlataihoz

1. Generátorrendszer. Házi feladat (fizikából tudjuk) Ha v és w nem párhuzamos síkvektorok, akkor generátorrendszert alkotnak a sík vektorainak

Szinguláris érték felbontás Singular Value Decomposition

Megoldott feladatok november 30. n+3 szigorúan monoton csökken, 5. n+3. lim a n = lim. n+3 = 2n+3 n+4 2n+1

Lineáris algebra. =0 iє{1,,n}

Numerikus módszerek I. zárthelyi dolgozat, 2009/10. I. félév, A. csoport, MEGOLDÁSOK

Egyenletek, egyenletrendszerek, matematikai modell. 1. Oldja meg az Ax=b egyenletrendszert Gauss módszerrel és adja meg az A mátrix LUfelbontását,

Norma Determináns, inverz Kondíciószám Direkt és inverz hibák Lin. egyenletrendszerek A Gauss-módszer. Lineáris algebra numerikus módszerei

Bevezetés az algebrába 1

Lin.Alg.Zh.1 feladatok

Vektorterek. =a gyakorlatokon megoldásra ajánlott

A 2014/2015. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második forduló MATEMATIKA I. KATEGÓRIA ( SZAKKÖZÉPISKOLA ) Javítási-értékelési útmutató

Szinguláris értékek. Wettl Ferenc április 12. Wettl Ferenc Szinguláris értékek április / 35

Lineáris leképezések. 2. Lineáris-e az f : R 2 R 2 f(x, y) = (x + y, x 2 )

VIK A2 Matematika - BOSCH, Hatvan, 3. Gyakorlati anyag. Mátrix rangja

LINEÁRIS ALGEBRA (A, B, C) tematika (BSc) I. éves nappali programtervező informatikus hallgatóknak évi tanév I. félév

Lin.Alg.Zh.1 feladatok

Mátrixok 2017 Mátrixok

9. Előadás. Megyesi László: Lineáris algebra, oldal. 9. előadás Mátrix inverze, mátrixegyenlet

Lin.Alg.Zh.1-2 feladatok

Algoritmusok Tervezése. 1. Előadás MATLAB 1. Dr. Bécsi Tamás

Numerikus módszerek II. zárthelyi dolgozat, megoldások, 2014/15. I. félév, A. csoport. x 2. c = 3 5, s = 4


Számítási feladatok a Számítógépi geometria órához

Numerikus matematika. Irodalom: Stoyan Gisbert, Numerikus matematika mérnököknek és programozóknak, Typotex, Lebegőpontos számok

5 = hiszen és az utóbbi mátrix determinánsa a középs½o oszlop szerint kifejtve: 3 7 ( 2) = (példa vége). 7 5 = 8. det 6.

Hajlított tartó elmozdulásmez jének meghatározása Ritz-módszerrel

Bázistranszformáció és alkalmazásai

3. el adás: Determinánsok

Matematika szigorlat június 17. Neptun kód:

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

9. Előadás. Megyesi László: Lineáris algebra, oldal. 9. előadás Mátrix inverze, Leontyev-modell

Konjugált gradiens módszer

Szinguláris értékek. Wettl Ferenc április 3. Wettl Ferenc Szinguláris értékek április 3. 1 / 28

9. Tétel Els - és másodfokú egyenl tlenségek. Pozitív számok nevezetes közepei, ezek felhasználása széls érték-feladatok megoldásában

0,424 0,576. f) P (X 2 = 3) g) P (X 3 = 1) h) P (X 4 = 1 vagy 2 X 2 = 2) i) P (X 7 = 3, X 4 = 1, X 2 = 2 X 0 = 2) j) P (X 7 = 3, X 4 = 1, X 2 = 2)

vektor, hiszen ez nem skalárszorosa

Numerikus módszerek 1.

1. Homogén lineáris egyenletrendszer megoldástere

9. Előadás. (9. előadás) Lineáris egyr.(3.), Sajátérték április / 35

ELSORENDU ALLANDO EGYUTTHETOS LIN. DIFF. EGYENLET REND- SZER y1 =y2+y3+x, y2 =y1-y3+exp(2x), y3 =y1+y2-x

Lineáris algebra gyakorlat

GAZDASÁGMATEMATIKA KÖZÉPHALADÓ SZINTEN

Testek. 16. Legyen z = 3 + 4i, w = 3 + i. Végezzük el az alábbi. a) (2 4), Z 5, b) (1, 0, 0, 1, 1) (1, 1, 1, 1, 0), Z 5 2.

1 p, c = p 1 és d = 4. Oldjuk meg az alábbi egyenletrendszert a c és d paraméterek minden értékére. x + 2z = 5 2x y = 8 3x + 6y + cz = d

Diszkrét matematika I., 12. előadás Dr. Takách Géza NyME FMK Informatikai Intézet takach november 30.

Numerikus módszerek 1.

Numerikus matematika vizsga

A lineáris algebra forrásai: egyenletrendszerek, vektorok

LINEÁRIS EGYENLETRENDSZEREK október 12. Irodalom A fogalmakat, definíciókat illetően két forrásra támaszkodhatnak: ezek egyrészt elhangzanak

Sztojka Miroszláv LINEÁRIS ALGEBRA Egyetemi jegyzet Ungvár 2013

Lineáris algebra - jegyzet. Kupán Pál

Lineáris algebra zárthelyi dolgozat javítókulcs, Informatika I márc.11. A csoport

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

41. Szimmetrikus mátrixok Cholesky-féle felbontása

Komplex számok. Komplex számok és alakjaik, számolás komplex számokkal.

Numerikus módszerek beugró kérdések

Matematika A2 vizsga mgeoldása június 4.

Szélsőérték-számítás

FELADATOK A BEVEZETŽ FEJEZETEK A MATEMATIKÁBA TÁRGY III. FÉLÉVÉHEZ. ÖSSZEÁLLÍTOTTA: LÁNG CSABÁNÉ ELTE IK Budapest

Mátrixfüggvények. Wettl Ferenc április 28. Wettl Ferenc Mátrixfüggvények április / 22

ELEMI BÁZISTRANSZFORMÁCIÓ LÉPÉSEI 2.NEHEZÍTETT VÁLTOZAT 2.a) Paramétert nem tartalmazó eset

Szöveges feladatok a mátrixaritmetika alkalmazására

Normák, kondíciószám

Átírás:

Lineáris algebrai egyenletrendszerek megoldása a Matlabban Lineáris algebrai egyenletrendszerek a Matlabban igen egyszer en oldhatók meg. Legyen A az egyenletrendszer m-szer n-es együtthatómátrixa, és b a szabad tagok m dimenziós oszlopvektora. Megoldandó: Ax = b. El ször foglalkozzunk azzal a kérdéssel: hogyan dönthet el, hogy létezik-e megoldása az egyenletrendszernek? Ismeretes, hogy a KroneckerCapelli-tétel szerint egy lineáris algebrai egyenletrendszernek pontosan akkor létezik megoldása, ha az együtthatómátrixnak és a kib vített mátrixnak egyenl a rangja. A kib vített mátrixot könny el állítani az A mátrix egy oszloppal való kib vítésével: [A b]. A mátrixrang a rank függvénnyel számítható ki. Egy sorban is elvégezhet a létezés vizsgálata: rank(a) == rank([a b]) Ha a válasz 1, azaz igaz az állítás, akkor létezik megoldás, ha pedig 0, akkor nem létezik. Ennek a módszernek az a hátulüt je, hogy a két rang összehasonlításakor meghatározott hibahatárral dolgozik a Matlab, így ha eltérnek a rangok, akkor is egyenl séget kaphatunk. Annak eldöntésére, hogy létezik-e megoldás, és egyben egy megoldás kiszámítására a legegyszer bb módszer a Matlab backslash (bal osztás) operátorának a használata: A\b. Ennek m ködése nem is olyan egyszer. Els lépésben megpróbálja a MATLAB el állítani a Cholesky-felbontást (chol), ha ez nem sikerül (hamar kiderül, hogy nem szimmetrikus, pozitív denit a mátrix, így ez nem vesz el sok id t), akkor az LU-felbontással határozza meg a megoldást (Gauss-módszer). Ha az egyenlet túlhatározott, akkor el ször meghatározza a QR-felbontást (Householder-tükrözésekkel), majd ebb l a legkisebb négyzetes értelemben legjobban közelít megoldást. A parancsról részletes angol nyelv leírás található a http://www.weizmann.ac.il/matlab/techdoc/ref/arithmeticoperators.html#8559 oldalon. Általános szabályként megjegyezhetjük, hogy ha az egyenletrendszernek van megoldása, akkor ezzel egy megoldást mindenképpen megkapunk. De, ahogy látni fogjuk, akkor is kaphatunk eredményt, ha nincs megoldás. Ha ad valamit megoldásul a Matlab, akkor is mindenképpen ellen rizzük. Ezt megtehetjük Ax és b összehasonlításával, vagyis az r = Ax-b maradékvektor kiértékelésével. Lehet ezt normában is nézni. Ha nem nagyon kicsi a maradékvektor normája, akkor, amit kaptunk, nem fogadható el megoldásnak. Rendszerint 10 5 b használatos hibaküszöbként. 1

Nézzünk néhány példát! 1. eset: m = n és létezik egyetlen megoldás Ebben az esetben a Matlab a rendszer pontos megoldását számítja ki (eltekintve a kerekítési hibától). Legyen A = [1 2 3;4 5 6;7 8 10] A= 1 2 3 4 5 6 7 8 9 és b = ones(3,1); Ekkor x = A\b x = -1.0000 1.0000 0.0000 Annak ellen rzéseképpen, hogy jó a számított megoldás, számíttassuk ki a maradékvektort: r = b - A*x r = 1.0e-015 * 0.1110 0.6661 0.2220 Ha pontosan számolt a gép, akkor r minden elemére nullát kellene kapnunk. példában nem kaptunk pontosan nullát, ami a kerekítési hiba hatását mutatja. Ebben a 2. eset: m > n (túlhatározott az egyenletrendszer) Ekkor a Matlab azon x vektort határozza meg, amelyre az r maradékvektor elemeinek a négyzetösszege minimiális, vagyis az r, r skaláris szorzat a lehet legkisebb. r, r = Ax b, Ax b = min. 2

A minimum ott lesz, ahol ennek a skalárfüggvénynek az x szerinti deriváltja nulla, vagyis: 2A T (Ax b) = 0 A T, r = 0. Másképpen, azt az x vektort kapjuk, amelyre az teljesül, hogy a maradékvektor az A mátrix minden egyes oszlopára mer leges. Legyen A = [2-1; 1 10; 1 2]; és b maradjon a korábbi (csupa 1-es elemekkel). x = A\b x = 0.5849 0.0491 Számítsuk ki a maradékvektort: r = b - A*x r = -0.1208-0.0755 0.3170 Ezután ellen rizzük a mer legességi tulajdonság teljesülését: r'*a ans = 1.0e-014 * 0.1110 0.6994 3. eset: m < n Ekkor a Matlab egy partikuláris megoldást ad a backslash operátor beírására, amennyiben létezik ilyen. Pl. A = [1 2 3; 4 5 6]; b = ones(2,1); Ekkor 3

x = A\b x = -0.5000 0 0.5000 Ismeretes, hogy ebb l az egy darab megoldásból a megfelel Ax = 0 homogén egyenletrendszer összes megoldása segítségével megkaphatjuk az Ax = b rendszer összes megoldását. Az Ax = 0 rendszer megoldásai az A mátrix magterét alkotó vektorok. A Matlab null függvénye az A mátrix magterének ortonormált bázisát adja: z = null(a) z = 0.4082-0.8165 0.4082 A homogén rendszer összes megoldása el áll a magtér bázisát alkotó vektorok (most egy darab) összes lineáris kombinációjaként. Alább megadunk egy függvényt, amelynek a segítségével tetsz leges méret és számú vektor vagy mátrix lineáris kombinációját kiszámíthatjuk. Ehhez el ször ismerkedjünk meg egy korábban nem tanult adattípussal, a cellával. Ez a vektorhoz ill. a mátrixhoz hasonló adattípus, de eltér típusú és hosszúságú adatok is tárolhatók benne. Írjuk be a parancsablakba: A=eye(2); B='valami'; c={a,b} Az utóbbi sorral deniáltunk egy cellát: olyan tömb, amelynek els eleme a 2-szer 2- es identitásmátrix, második eleme pedig egy karaktersor: a "valami". A cella i- edik elemére a c{i} paranccsal kérdezhetünk rá. Pl. c{1} ans = [1 0; 0 1] c{2} 4

ans = valami A lineáris kombinációt számító függvényt úgy érdemes elkészíteni, hogy tetsz leges, azonos méret tömböket (vektor vagy mátrix) szorozhassunk ugyanannyi valós számmal. A tömbök megadására a vektor adattípus nem alkalmas, mert vektor elemei nem lehetnek tömbök. A megoldás az, hogy a tömbök egy cella elemei lesznek. Az alábbi függvényben két bemen adat van: a lineáris kombinációban szerepl együtthatók vektora, amit most szintén cellaként oldottunk meg (de ez lehetne vektor is), valamint azon tömbök egy cellába rendezve, amelyeknek a lineáris kombinációját meg szeretnénk kapni. function M = lincomb(v,a) % Azonos meretu tombok linearis kombinacioja. % A v = {v1,v2,...,vm} a lin. komb. egyutthatoit tartalmazza (cella) % A pedig a matrixokat A = {A1,A2,...,Am} (cella) m = length(v); [k, l] = size(a{1}); M = zeros(k, l); for i = 1:m M = M + v{i}*a{i}; end A függvény hívásakor cellaként adjuk meg az együtthatókat és vektorokat vagy mátrixokat. Például, visszatérve a megoldandó feladatra, az el bbi x és z lineáris kombinációjának kiszámítása pl. 1 és -1 együtthatókkal (ez egy megoldása lesz az Ax = b egyenletrendszernek) ezen függvény segítségével a következ képpen néz ki: w = lincomb({1,-1},{x,z}) w = -0.9082 0.8165 0.0918 Ellen rzésül számíttassuk ki a maradékvektort: r = b - A*w 5

r = 1.0e-015 * -0.4441 0.1110 6