Eliminación Gaussiana con pivote parcial
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- Juan Manuel Maestre Molina
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1 Eliminación Gaussiana con pivote parcial Luis Rández Dpto. Matemática Aplicada Facultad de Ciencias Universidad de Zaragoza Luis Rández (Dpto. Matemática Aplicada) Eliminación Gaussiana con pivote parcial 1 / 7
2 Considerar el sistema lineal x x = x x =.00 cuya solución exacta es x 1 = , x = Se trata de resolver el sistema lineal anterior con aritmética de tres dígitos significativos utilizando eliminación Gaussiana con/sin pivote parcial Fig. 1.- Geometría inicial del problema Luis Rández (Dpto. Matemática Aplicada) Eliminación Gaussiana con pivote parcial / 7
3 Sin pivote Sea la matriz ampliada A [ A = ], Luis Rández (Dpto. Matemática Aplicada) Eliminación Gaussiana con pivote parcial 3 / 7
4 Sin pivote y ahora construimos la matriz L 1 [ ] L 1 = Luis Rández (Dpto. Matemática Aplicada) Eliminación Gaussiana con pivote parcial 3 / 7
5 Sin pivote dando lugar al sistema triangular superior [ A = ], Luis Rández (Dpto. Matemática Aplicada) Eliminación Gaussiana con pivote parcial 3 / 7
6 Sin pivote y con la aritmética empleada [ A = ], Luis Rández (Dpto. Matemática Aplicada) Eliminación Gaussiana con pivote parcial 3 / 7
7 Sin pivote tiene por solución x = 1.00 y x 1 = A = = [ ], Fig..- Geometria final del problema Luis Rández (Dpto. Matemática Aplicada) Eliminación Gaussiana con pivote parcial 3 / 7
8 Con pivote Considerar la matriz ampliada con las filas permutadas A [ ] A = , Luis Rández (Dpto. Matemática Aplicada) Eliminación Gaussiana con pivote parcial 4 / 7
9 Con pivote y ahora construimos la matriz L 1 [ ] L 1 = Luis Rández (Dpto. Matemática Aplicada) Eliminación Gaussiana con pivote parcial 4 / 7
10 Con pivote dando lugar al sistema triangular superior [ A = ], Luis Rández (Dpto. Matemática Aplicada) Eliminación Gaussiana con pivote parcial 4 / 7
11 Con pivote y con la aritmética empleada [ A = ], Luis Rández (Dpto. Matemática Aplicada) Eliminación Gaussiana con pivote parcial 4 / 7
12 Con pivote tiene por solución x = 1.00 y x 1 = = [ ] A =, Fig..- Geometría final del problema Luis Rández (Dpto. Matemática Aplicada) Eliminación Gaussiana con pivote parcial 4 / 7
13 Sea el sistema lineal Ax = b, Consideremos ahora la matriz ampliada: x = Luis Rández (Dpto. Matemática Aplicada) Eliminación Gaussiana con pivote parcial / 7
14 Sea el sistema lineal Ax = b, Consideremos ahora la matriz ampliada: x = El pivote hay que escogerlo en la primera columna Luis Rández (Dpto. Matemática Aplicada) Eliminación Gaussiana con pivote parcial / 7
15 Sea el sistema lineal Ax = b, Consideremos ahora la matriz ampliada: x = Es 4 por lo que se permutan las filas 1 y 4 (1 4) Luis Rández (Dpto. Matemática Aplicada) Eliminación Gaussiana con pivote parcial / 7
16 Sea el sistema lineal Ax = b, Consideremos ahora la matriz ampliada: x = L 1 = / / Ya están permutadas y construimos L 1 Luis Rández (Dpto. Matemática Aplicada) Eliminación Gaussiana con pivote parcial / 7
17 Sea el sistema lineal Ax = b, Consideremos ahora la matriz ampliada: x = /4 13/4 9/ /4 11/4 1/ 0 1 Quedando tras la primera etapa Luis Rández (Dpto. Matemática Aplicada) Eliminación Gaussiana con pivote parcial / 7
18 Sea el sistema lineal Ax = b, Consideremos ahora la matriz ampliada: x = /4 13/4 9/ /4 11/4 1/ 0 1 El siguiente pivote hay que escogerlo en la segunda columna Luis Rández (Dpto. Matemática Aplicada) Eliminación Gaussiana con pivote parcial / 7
19 Sea el sistema lineal Ax = b, Consideremos ahora la matriz ampliada: x = /4 13/4 9/ /4 11/4 1/ 0 1 Es por lo que se permutan las filas y 4 ( 4) Luis Rández (Dpto. Matemática Aplicada) Eliminación Gaussiana con pivote parcial / 7
20 Sea el sistema lineal Ax = b, Consideremos ahora la matriz ampliada: x = /4 11/4 1/ 0 0 /4 13/4 9/ L = / Ya están permutadas y construimos L Luis Rández (Dpto. Matemática Aplicada) Eliminación Gaussiana con pivote parcial / 7
21 Sea el sistema lineal Ax = b, Consideremos ahora la matriz ampliada: x = /4 7/4 0 0 /4 13/4 9/ Quedando tras la segunda etapa Luis Rández (Dpto. Matemática Aplicada) Eliminación Gaussiana con pivote parcial / 7
22 Sea el sistema lineal Ax = b, Consideremos ahora la matriz ampliada: x = /4 7/4 0 0 /4 13/4 9/ El siguiente pivote hay que escogerlo en la tercera columna Luis Rández (Dpto. Matemática Aplicada) Eliminación Gaussiana con pivote parcial / 7
23 Sea el sistema lineal Ax = b, Consideremos ahora la matriz ampliada: x = /4 7/4 0 0 /4 13/4 9/ Es 1/4 por lo que no hay que permutar en esta ocasión Luis Rández (Dpto. Matemática Aplicada) Eliminación Gaussiana con pivote parcial / 7
24 Sea el sistema lineal Ax = b, Consideremos ahora la matriz ampliada: x = /4 7/4 0 0 /4 13/4 9/ L 3 = /3 1 Construimos L 3 Luis Rández (Dpto. Matemática Aplicada) Eliminación Gaussiana con pivote parcial / 7
25 Sea el sistema lineal Ax = b, Consideremos ahora la matriz ampliada: x = /4 7/ /6 3/6 Obteniendo el sistema lineal triangular superior equivalente Luis Rández (Dpto. Matemática Aplicada) Eliminación Gaussiana con pivote parcial / 7
26 En ocasiones, la eliminación Gaussiana con pivote parcial puede no resultar conveniente. Sea la siguiente matriz hueca, cuya estructura viene dada en la figura (1), donde los elementos de la diagonal son pequeños en valor absoluto, por lo que sería necesario permutar filas nz = 494 Fig. 1.- Estructura hueca de la matriz Luis Rández (Dpto. Matemática Aplicada) Eliminación Gaussiana con pivote parcial 6 / 7
27 En la figura () se ve que la matriz U se llena completamente de elementos no nulos, por lo que sería necesario reservar bastante memoria para su almacenamiento nz = 00 Fig..- LLenado de la matriz U Luis Rández (Dpto. Matemática Aplicada) Eliminación Gaussiana con pivote parcial 7 / 7
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