Vai al contenuto

Calcolo numerico/Sistemi lineari su un calcolatore

Wikibooks, manuali e libri di testo liberi.
Indice del libro

Casi semplici

[modifica | modifica sorgente]

Vogliamo risolvere un sistema lineare A𝒙=𝒃 con A matrice quadrata di dimensione n supposta non singolare, e 𝒙,𝒃∈ℝn.

1. Se A è una matrice diagonale, ci sono equazioni disaccoppiate, e, per i coefficienti della soluzione, vale la formula:

xi=biai

2. Nel caso di una matrice triangolare inferiore A=L, nell'equazione i-esima esplicito l'incognita xi:

xi=bi−∑j=1i−1ajxjaii∀i=1,…,n

infatti risolvendo l'i-esima equazione, conosciamo già tutte le i−1 incognite precedenti, ricavate nelle equazioni sopra esplicitando le incognite precedenti (risoluzione forward).

3. Nel caso in cui A=U triangolare superiore, si applica lo stesso procedimento ma partendo dall'ultima incognita.

xi=(bi−∑j=i+1najxj)aii,i=n:1

(risoluzione backward)

Nota: le formule risolutive, e la divisione per ai è ben posta perché siccome det⁡A≠0, i coefficienti sulla diagonale di una matrice triangolare sono diversi da 0.

I metodi per la risoluzione di sistemi lineari si distinguono in

  1. metodi diretti (di fattorizzazione)
  2. metodi iterativi, usati per matrici di grosse dimensioni.

Metodi di fattorizzazione

[modifica | modifica sorgente]

Una matrice A può essere scritta come prodotto BC, con B,C facilmente invertibili, in modo che i sistemi

C𝒙=𝒚

B𝒚=𝒃

siano facilmente risolubili.

Siccome A=BC, sostituendo nel sistema originario ottengo

BC𝒙=𝒃

e ponendo C𝒙=𝒚 ottengo

B𝒚=𝒃

e lo risolvo. Una volta ottenuto 𝒚, per trovare 𝒙 risolvo quindi

C𝒙=𝒚

Fattorizzazioni classiche

[modifica | modifica sorgente]

Esistono tre possibili fattorizzazioni della matrice A:

  1. fattorizzazione PA=LU, con la richiesta che la diagonale principale di L sia composta da 1, e dove P è una matrice di permutazione.
  2. se A è simmetrica definita positiva, si può considerare la fattorizzazione A=LLH=UhU, con Lh coniugata trasposta di L, con la richiesta che gli elementi della diagonale principale siano positivi.
  3. A=QR, dove Q è una matrice unitaria (QQh=QhQ=1) e R è una triangolare superiore.