李庆扬-数值分析第五版第5章和第7章习题答案解析

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第5章 复习与思考题

1、用高斯消去法为什么要选主元？哪些方程组可以不选主元？ k答：使用高斯消去法时，在消元过程中可能出现0

a的情况，这时消去法无法进行；即

kk

k时主元素0

a，但相对很小时，用其做除数，会导致其它元素数量级的严重增长和舍入 kk

误差的扩散，最后也使得计算不准确。因此高斯消去法需要选主元，以保证计算的进行和计 算的准确性。

当主对角元素明显占优（远大于同行或同列的元素）时，可以不用选择主元。计算时一般选 择列主元消去法。

2、高斯消去法与LU分解有什么关系？用它们解线性方程组Ax=b有何不同？A要满足什 么条件？

答：高斯消去法实质上产生了一个将A分解为两个三角形矩阵相乘的因式分解，其中一个 为上三角矩阵U，一个为下三角矩阵L。

用LU分解解线性方程组可以简化计算，减少计算量，提高计算精度。 A需要满足的条件是，顺序主子式（1,2，?，n-1）不为零。 3、楚列斯基分解与LU分解相比，有什么优点？

楚列斯基分解是LU分解的一种，当限定下三角矩阵L的对角元素为正时，楚列斯基分解具 有唯一解。

4、哪种线性方程组可用平方根法求解？为什么说平方根法计算稳定？ 具有对称正定系数矩阵的线性方程可以使用平方根法求解。

平方根法在分解过程中元素的数量级不会增，长切对角元素恒为正数，因此，是一个稳定的 算法。

5、什么样的线性方程组可用追赶法求解并能保证计算稳定？ 对角占优的三对角方程组

6、何谓向量范数？给出三种常用的向量范数。 向量范数定义见p53，符合3个运算法则。 正定性 齐次性 三角不等式 x

（第3章p53,第5章p165）

设为向量，则三种常用的向量范数为：

n

||x|||x|

1i

i1

1 n

||x||(x)

2i

i1 ||x||max|xi|

1in

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7、何谓矩阵范数？何谓矩阵的算子范数？给出矩阵A=(aij)的三种范数||A||1，||A||2，

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||A||∞，||A||1与||A||2哪个更容易计算？为什么？ 向量范数定义见p162，需要满足四个条件。 正定条件 齐次条件 三角不等式 相容条件

矩阵的算子范数有 ||A||

1 ||A||

2 ||A||

||A||1更容易计算。

从定义可知，

8、什么是矩阵的条件数？如何判断线性方程组是病态的？

1 答：设A为非奇异阵，称数

cond(A)vAA（v1,2,）为矩阵A的条件数

v v 当cond(A)1时，方程是病态的。

9、满足下面哪个条件可判定矩阵接近奇异？ （1）矩阵行列式的值很小。 （2）矩阵的范数小。 （3）矩阵的范数大。 （4）矩阵的条件数小。 （5）矩阵的元素绝对值小。 接近奇异阵的有 （1）、（2）

注：矩阵的条件数小说明A是良态矩阵。

矩阵的元素绝对值小，不能说明行列式的值小等。 10、判断下列命题是否正确：

（1）只要矩阵A非奇异，则用顺序消去法或直接LU分解可求得线性方程组Ax=b的解。 答：错误，主元位置可能为0，导致无法计算结果。 （2）对称正定的线性方程组总是良态的。 答：正确。

（3）一个单位下三角矩阵的逆仍为单位下三角矩阵。 答：正确。

（4）如果A非奇异，则Ax=b的解的个数是由右端向量b的决定的。

答：正确。解释：若A|b与A的秩相同，则A有唯一解。若不同，则A无解。 （5）如果三对角矩阵的主对角元素上有零元素，则矩阵必奇异。 （6）范数为零的矩阵一定是零矩阵。 答：正确。

（7）奇异矩阵的范数一定是零。

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