métodos de eliminacion de ecuaciones

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Jesus Quiñonez CI: 21300174 Escuela de Mecánica Mension Mantenimiento Universidad Fermín Toro Unidad II Métodos de Ecuaciones Lineales Métodos De Eliminación Gaussiana Consiste en convertir a través de operaciones básicas llamadas operaciones de renglón un sistema en otro equivalente más sencillo cuya respuesta pueda leerse de manera directa. El método de eliminación Gaussiana es el mismo para sistemas de ecuaciones 2×2, 3×3, 4×4 y así sucesivamente siempre y cuando se respete la relación de al menos una ecuación por cada variable. Antes de ilustrar el método con un ejemplo, es necesario primeramente conocer las operaciones básicas de renglón las cuales son presentas a continuación: 1. Ambos miembros de una ecuación pueden multiplicarse por una constante diferente de cero. 2. Los múltiplos diferentes de cero de una ecuación pueden sumarse a otra ecuación. 3. El orden de las ecuaciones es intercambiable. Una vez conocidas las operaciones que en mi afán por resolver un sistema de ecuaciones puedo realizar procedo a ilustrar el método con un ejemplo:

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Page 1: Métodos de eliminacion de Ecuaciones

Jesus Quintildeonez

CI 21300174

Escuela de Mecaacutenica Mension Mantenimiento

Universidad Fermiacuten Toro

Unidad II

Meacutetodos de Ecuaciones Lineales

Meacutetodos De Eliminacioacuten Gaussiana

Consiste en convertir a traveacutes de operaciones baacutesicas llamadas operaciones

de rengloacuten un sistema en otro equivalente maacutes sencillo cuya respuesta

pueda leerse de manera directa El meacutetodo de eliminacioacuten Gaussiana es el

mismo para sistemas de ecuaciones 2times2 3times3 4times4 y asiacute sucesivamente

siempre y cuando se respete la relacioacuten de al menos una ecuacioacuten por cada

variable

Antes de ilustrar el meacutetodo con un ejemplo es necesario primeramente

conocer las operaciones baacutesicas de rengloacuten las cuales son presentas a

continuacioacuten

1 Ambos miembros de una ecuacioacuten pueden multiplicarse por una constante

diferente de cero

2 Los muacuteltiplos diferentes de cero de una ecuacioacuten pueden sumarse a otra

ecuacioacuten

3 El orden de las ecuaciones es intercambiable

Una vez conocidas las operaciones que en mi afaacuten por resolver un sistema

de ecuaciones puedo realizar procedo a ilustrar el meacutetodo con un ejemplo

Se simplificaraacute el sistema si multiplicamos por -4 ambos lados de la primera

ecuacioacuten y sumando estaacute a la segunda Entonces

Sumado los resulta

La nueva ecuacioacuten se puede sustituir por cualquiera de las dos Ahora

tenemos

Luego la primera se multiplica por -3 y se le suma a la tercera obteniendo

Acto seguido la segunda ecuacioacuten se divide entre -3

Ahora se multiplica por 5 y se le suma a la tercera

En este momento ya tenemos el valor de x3 ahora simplemente se procede

a hacer la sustitucioacuten hacia atraacutes y automaacuteticamente se van obteniendo los

valores de las otras incoacutegnitas Se obtendraacute

El Meacutetodo Gauss Jordan

El Meacutetodo de eliminacioacuten de Gauss Jordan es un meacutetodo por el cual pueden

resolverse sistemas de ecuaciones lineales con n nuacutemeros de variables

encontrar matrices y matrices inversas Para resolver sistemas de

ecuaciones lineales aplicando este meacutetodo se debe en primer lugar anotar

los coeficientes de las variables del sistema de ecuaciones lineales en su

notacioacuten matricial

Descomposicioacuten LU

Su nombre se deriva de las palabras Lower (inferior) y Upper (superior)

Analizando coacutemo una matriz original se descompone en dos matrices

triangulares una superior y otra inferior

La descomposicioacuten LU involucra solo operaciones sobre los coeficientes de

la matriz A proporcionando un medio eficiente para calcular la matriz inversa

o resolver sistemas de aacutelgebra lineal

Primeramente se debe obtener la matriz L y la matriz U

L es una matriz diagonal inferior con nuacutemeros 1 sobre la diagonal U es una

matriz diagonal superior en la que sobre la diagonal no necesariamente tiene

que haber nuacutemeros 1

El primer paso es descomponer o transformar [A] en [L] y [U] es decir

obtener la matriz triangular inferior [L] y la matriz triangular superior [U]

Factorizacioacuten de Cholesky

Una matriz A simeacutetrica y positiva definida puede ser factorizada de manera

eficiente por medio de una matriz triangular inferior y una matriz triangular

superior

Para una matriz no singular la descomposicioacuten LU nos lleva a considerar una

descomposicioacuten de tal tipo A = LU dadas las condiciones de A simeacutetrica y

definida positiva no es necesario hacer pivoteo por lo que eacutesta factorizacioacuten

se hace eficientemente y en un nuacutemero de operaciones la mitad

de LU tomando la forma donde L (la cual podemos verla como la

raiacutez cuadrada de A) es una matriz triangular inferior donde los elementos de

la diagonal son positivos

Para resolver un sistema lineal Ax = b con A simeacutetrica definida positiva y

dada su factorizaciograven de Cholesky primero debemos

resolver Ly = b y entonces resolver para lograr x

Una variante de la factorizacioacuten de Cholesky es de la forma

donde R es una matriz triangular superior en algunas aplicaciones se desea

ver la matriz en esa forma y no de otra

Factorizacioacuten QR

Esta factorizacioacuten es uacutetil para resolver sistemas de ecuaciones

lineales problemas de miacutenimos cuadrados y problemas de eigen valores

Las maneras maacutes comunes de calcular la factorizacioacuten QR son aplicando

bull Las transformaciones de Householder

bull Las rotaciones de Givens

bull El proceso de ortogonalizacioacuten de Gram-Schmidt

Metodo Gauss-Seidel

El Meacutetodo de Gauss-Seidel consiste en hacer iteraciones a partir de un

vector inicial para encontrar los valores de las incoacutegnitas hasta llegar a una

tolerancia deseada la diferencia radica en que cada vez que se desee

encontrar un nuevo valor de una xi ademaacutes de usar los valores anteriores de

las x tambieacuten utiliza valores actuales de las x encontradas antes

(desde x0 hasta xi-1)

La ecuacioacuten es la siguiente

Este proceso de usar valores actuales para hallar un valor de x puede facilitar

la convergencia del mismo

Meacutetodo De Jacobi

Consiste en suponer un valor inicial y luego usar un meacutetodo sistemaacutetico para

obtener una estimacioacuten refinada de la solucioacuten El Meacutetodo de Jacobi es uno

de los meacutetodos iterativos maacutes conocidos

Supoacutengase que se tiene un sistema 3 x 3 Si los elementos de la diagonal no

son todos cero la primera ecuacioacuten se puede resolver para x1 la segunda

para x2 y la tercera parax3 para obtener

En general para un sistema de ecuaciones lineales de n ecuaciones

con n incoacutegnitas el Meacutetodo de Jacobi para encontrar un valor k de una

variable x es el siguiente

Page 2: Métodos de eliminacion de Ecuaciones

Se simplificaraacute el sistema si multiplicamos por -4 ambos lados de la primera

ecuacioacuten y sumando estaacute a la segunda Entonces

Sumado los resulta

La nueva ecuacioacuten se puede sustituir por cualquiera de las dos Ahora

tenemos

Luego la primera se multiplica por -3 y se le suma a la tercera obteniendo

Acto seguido la segunda ecuacioacuten se divide entre -3

Ahora se multiplica por 5 y se le suma a la tercera

En este momento ya tenemos el valor de x3 ahora simplemente se procede

a hacer la sustitucioacuten hacia atraacutes y automaacuteticamente se van obteniendo los

valores de las otras incoacutegnitas Se obtendraacute

El Meacutetodo Gauss Jordan

El Meacutetodo de eliminacioacuten de Gauss Jordan es un meacutetodo por el cual pueden

resolverse sistemas de ecuaciones lineales con n nuacutemeros de variables

encontrar matrices y matrices inversas Para resolver sistemas de

ecuaciones lineales aplicando este meacutetodo se debe en primer lugar anotar

los coeficientes de las variables del sistema de ecuaciones lineales en su

notacioacuten matricial

Descomposicioacuten LU

Su nombre se deriva de las palabras Lower (inferior) y Upper (superior)

Analizando coacutemo una matriz original se descompone en dos matrices

triangulares una superior y otra inferior

La descomposicioacuten LU involucra solo operaciones sobre los coeficientes de

la matriz A proporcionando un medio eficiente para calcular la matriz inversa

o resolver sistemas de aacutelgebra lineal

Primeramente se debe obtener la matriz L y la matriz U

L es una matriz diagonal inferior con nuacutemeros 1 sobre la diagonal U es una

matriz diagonal superior en la que sobre la diagonal no necesariamente tiene

que haber nuacutemeros 1

El primer paso es descomponer o transformar [A] en [L] y [U] es decir

obtener la matriz triangular inferior [L] y la matriz triangular superior [U]

Factorizacioacuten de Cholesky

Una matriz A simeacutetrica y positiva definida puede ser factorizada de manera

eficiente por medio de una matriz triangular inferior y una matriz triangular

superior

Para una matriz no singular la descomposicioacuten LU nos lleva a considerar una

descomposicioacuten de tal tipo A = LU dadas las condiciones de A simeacutetrica y

definida positiva no es necesario hacer pivoteo por lo que eacutesta factorizacioacuten

se hace eficientemente y en un nuacutemero de operaciones la mitad

de LU tomando la forma donde L (la cual podemos verla como la

raiacutez cuadrada de A) es una matriz triangular inferior donde los elementos de

la diagonal son positivos

Para resolver un sistema lineal Ax = b con A simeacutetrica definida positiva y

dada su factorizaciograven de Cholesky primero debemos

resolver Ly = b y entonces resolver para lograr x

Una variante de la factorizacioacuten de Cholesky es de la forma

donde R es una matriz triangular superior en algunas aplicaciones se desea

ver la matriz en esa forma y no de otra

Factorizacioacuten QR

Esta factorizacioacuten es uacutetil para resolver sistemas de ecuaciones

lineales problemas de miacutenimos cuadrados y problemas de eigen valores

Las maneras maacutes comunes de calcular la factorizacioacuten QR son aplicando

bull Las transformaciones de Householder

bull Las rotaciones de Givens

bull El proceso de ortogonalizacioacuten de Gram-Schmidt

Metodo Gauss-Seidel

El Meacutetodo de Gauss-Seidel consiste en hacer iteraciones a partir de un

vector inicial para encontrar los valores de las incoacutegnitas hasta llegar a una

tolerancia deseada la diferencia radica en que cada vez que se desee

encontrar un nuevo valor de una xi ademaacutes de usar los valores anteriores de

las x tambieacuten utiliza valores actuales de las x encontradas antes

(desde x0 hasta xi-1)

La ecuacioacuten es la siguiente

Este proceso de usar valores actuales para hallar un valor de x puede facilitar

la convergencia del mismo

Meacutetodo De Jacobi

Consiste en suponer un valor inicial y luego usar un meacutetodo sistemaacutetico para

obtener una estimacioacuten refinada de la solucioacuten El Meacutetodo de Jacobi es uno

de los meacutetodos iterativos maacutes conocidos

Supoacutengase que se tiene un sistema 3 x 3 Si los elementos de la diagonal no

son todos cero la primera ecuacioacuten se puede resolver para x1 la segunda

para x2 y la tercera parax3 para obtener

En general para un sistema de ecuaciones lineales de n ecuaciones

con n incoacutegnitas el Meacutetodo de Jacobi para encontrar un valor k de una

variable x es el siguiente

Page 3: Métodos de eliminacion de Ecuaciones

En este momento ya tenemos el valor de x3 ahora simplemente se procede

a hacer la sustitucioacuten hacia atraacutes y automaacuteticamente se van obteniendo los

valores de las otras incoacutegnitas Se obtendraacute

El Meacutetodo Gauss Jordan

El Meacutetodo de eliminacioacuten de Gauss Jordan es un meacutetodo por el cual pueden

resolverse sistemas de ecuaciones lineales con n nuacutemeros de variables

encontrar matrices y matrices inversas Para resolver sistemas de

ecuaciones lineales aplicando este meacutetodo se debe en primer lugar anotar

los coeficientes de las variables del sistema de ecuaciones lineales en su

notacioacuten matricial

Descomposicioacuten LU

Su nombre se deriva de las palabras Lower (inferior) y Upper (superior)

Analizando coacutemo una matriz original se descompone en dos matrices

triangulares una superior y otra inferior

La descomposicioacuten LU involucra solo operaciones sobre los coeficientes de

la matriz A proporcionando un medio eficiente para calcular la matriz inversa

o resolver sistemas de aacutelgebra lineal

Primeramente se debe obtener la matriz L y la matriz U

L es una matriz diagonal inferior con nuacutemeros 1 sobre la diagonal U es una

matriz diagonal superior en la que sobre la diagonal no necesariamente tiene

que haber nuacutemeros 1

El primer paso es descomponer o transformar [A] en [L] y [U] es decir

obtener la matriz triangular inferior [L] y la matriz triangular superior [U]

Factorizacioacuten de Cholesky

Una matriz A simeacutetrica y positiva definida puede ser factorizada de manera

eficiente por medio de una matriz triangular inferior y una matriz triangular

superior

Para una matriz no singular la descomposicioacuten LU nos lleva a considerar una

descomposicioacuten de tal tipo A = LU dadas las condiciones de A simeacutetrica y

definida positiva no es necesario hacer pivoteo por lo que eacutesta factorizacioacuten

se hace eficientemente y en un nuacutemero de operaciones la mitad

de LU tomando la forma donde L (la cual podemos verla como la

raiacutez cuadrada de A) es una matriz triangular inferior donde los elementos de

la diagonal son positivos

Para resolver un sistema lineal Ax = b con A simeacutetrica definida positiva y

dada su factorizaciograven de Cholesky primero debemos

resolver Ly = b y entonces resolver para lograr x

Una variante de la factorizacioacuten de Cholesky es de la forma

donde R es una matriz triangular superior en algunas aplicaciones se desea

ver la matriz en esa forma y no de otra

Factorizacioacuten QR

Esta factorizacioacuten es uacutetil para resolver sistemas de ecuaciones

lineales problemas de miacutenimos cuadrados y problemas de eigen valores

Las maneras maacutes comunes de calcular la factorizacioacuten QR son aplicando

bull Las transformaciones de Householder

bull Las rotaciones de Givens

bull El proceso de ortogonalizacioacuten de Gram-Schmidt

Metodo Gauss-Seidel

El Meacutetodo de Gauss-Seidel consiste en hacer iteraciones a partir de un

vector inicial para encontrar los valores de las incoacutegnitas hasta llegar a una

tolerancia deseada la diferencia radica en que cada vez que se desee

encontrar un nuevo valor de una xi ademaacutes de usar los valores anteriores de

las x tambieacuten utiliza valores actuales de las x encontradas antes

(desde x0 hasta xi-1)

La ecuacioacuten es la siguiente

Este proceso de usar valores actuales para hallar un valor de x puede facilitar

la convergencia del mismo

Meacutetodo De Jacobi

Consiste en suponer un valor inicial y luego usar un meacutetodo sistemaacutetico para

obtener una estimacioacuten refinada de la solucioacuten El Meacutetodo de Jacobi es uno

de los meacutetodos iterativos maacutes conocidos

Supoacutengase que se tiene un sistema 3 x 3 Si los elementos de la diagonal no

son todos cero la primera ecuacioacuten se puede resolver para x1 la segunda

para x2 y la tercera parax3 para obtener

En general para un sistema de ecuaciones lineales de n ecuaciones

con n incoacutegnitas el Meacutetodo de Jacobi para encontrar un valor k de una

variable x es el siguiente

Page 4: Métodos de eliminacion de Ecuaciones

Su nombre se deriva de las palabras Lower (inferior) y Upper (superior)

Analizando coacutemo una matriz original se descompone en dos matrices

triangulares una superior y otra inferior

La descomposicioacuten LU involucra solo operaciones sobre los coeficientes de

la matriz A proporcionando un medio eficiente para calcular la matriz inversa

o resolver sistemas de aacutelgebra lineal

Primeramente se debe obtener la matriz L y la matriz U

L es una matriz diagonal inferior con nuacutemeros 1 sobre la diagonal U es una

matriz diagonal superior en la que sobre la diagonal no necesariamente tiene

que haber nuacutemeros 1

El primer paso es descomponer o transformar [A] en [L] y [U] es decir

obtener la matriz triangular inferior [L] y la matriz triangular superior [U]

Factorizacioacuten de Cholesky

Una matriz A simeacutetrica y positiva definida puede ser factorizada de manera

eficiente por medio de una matriz triangular inferior y una matriz triangular

superior

Para una matriz no singular la descomposicioacuten LU nos lleva a considerar una

descomposicioacuten de tal tipo A = LU dadas las condiciones de A simeacutetrica y

definida positiva no es necesario hacer pivoteo por lo que eacutesta factorizacioacuten

se hace eficientemente y en un nuacutemero de operaciones la mitad

de LU tomando la forma donde L (la cual podemos verla como la

raiacutez cuadrada de A) es una matriz triangular inferior donde los elementos de

la diagonal son positivos

Para resolver un sistema lineal Ax = b con A simeacutetrica definida positiva y

dada su factorizaciograven de Cholesky primero debemos

resolver Ly = b y entonces resolver para lograr x

Una variante de la factorizacioacuten de Cholesky es de la forma

donde R es una matriz triangular superior en algunas aplicaciones se desea

ver la matriz en esa forma y no de otra

Factorizacioacuten QR

Esta factorizacioacuten es uacutetil para resolver sistemas de ecuaciones

lineales problemas de miacutenimos cuadrados y problemas de eigen valores

Las maneras maacutes comunes de calcular la factorizacioacuten QR son aplicando

bull Las transformaciones de Householder

bull Las rotaciones de Givens

bull El proceso de ortogonalizacioacuten de Gram-Schmidt

Metodo Gauss-Seidel

El Meacutetodo de Gauss-Seidel consiste en hacer iteraciones a partir de un

vector inicial para encontrar los valores de las incoacutegnitas hasta llegar a una

tolerancia deseada la diferencia radica en que cada vez que se desee

encontrar un nuevo valor de una xi ademaacutes de usar los valores anteriores de

las x tambieacuten utiliza valores actuales de las x encontradas antes

(desde x0 hasta xi-1)

La ecuacioacuten es la siguiente

Este proceso de usar valores actuales para hallar un valor de x puede facilitar

la convergencia del mismo

Meacutetodo De Jacobi

Consiste en suponer un valor inicial y luego usar un meacutetodo sistemaacutetico para

obtener una estimacioacuten refinada de la solucioacuten El Meacutetodo de Jacobi es uno

de los meacutetodos iterativos maacutes conocidos

Supoacutengase que se tiene un sistema 3 x 3 Si los elementos de la diagonal no

son todos cero la primera ecuacioacuten se puede resolver para x1 la segunda

para x2 y la tercera parax3 para obtener

En general para un sistema de ecuaciones lineales de n ecuaciones

con n incoacutegnitas el Meacutetodo de Jacobi para encontrar un valor k de una

variable x es el siguiente

Page 5: Métodos de eliminacion de Ecuaciones

Para resolver un sistema lineal Ax = b con A simeacutetrica definida positiva y

dada su factorizaciograven de Cholesky primero debemos

resolver Ly = b y entonces resolver para lograr x

Una variante de la factorizacioacuten de Cholesky es de la forma

donde R es una matriz triangular superior en algunas aplicaciones se desea

ver la matriz en esa forma y no de otra

Factorizacioacuten QR

Esta factorizacioacuten es uacutetil para resolver sistemas de ecuaciones

lineales problemas de miacutenimos cuadrados y problemas de eigen valores

Las maneras maacutes comunes de calcular la factorizacioacuten QR son aplicando

bull Las transformaciones de Householder

bull Las rotaciones de Givens

bull El proceso de ortogonalizacioacuten de Gram-Schmidt

Metodo Gauss-Seidel

El Meacutetodo de Gauss-Seidel consiste en hacer iteraciones a partir de un

vector inicial para encontrar los valores de las incoacutegnitas hasta llegar a una

tolerancia deseada la diferencia radica en que cada vez que se desee

encontrar un nuevo valor de una xi ademaacutes de usar los valores anteriores de

las x tambieacuten utiliza valores actuales de las x encontradas antes

(desde x0 hasta xi-1)

La ecuacioacuten es la siguiente

Este proceso de usar valores actuales para hallar un valor de x puede facilitar

la convergencia del mismo

Meacutetodo De Jacobi

Consiste en suponer un valor inicial y luego usar un meacutetodo sistemaacutetico para

obtener una estimacioacuten refinada de la solucioacuten El Meacutetodo de Jacobi es uno

de los meacutetodos iterativos maacutes conocidos

Supoacutengase que se tiene un sistema 3 x 3 Si los elementos de la diagonal no

son todos cero la primera ecuacioacuten se puede resolver para x1 la segunda

para x2 y la tercera parax3 para obtener

En general para un sistema de ecuaciones lineales de n ecuaciones

con n incoacutegnitas el Meacutetodo de Jacobi para encontrar un valor k de una

variable x es el siguiente

Page 6: Métodos de eliminacion de Ecuaciones

Este proceso de usar valores actuales para hallar un valor de x puede facilitar

la convergencia del mismo

Meacutetodo De Jacobi

Consiste en suponer un valor inicial y luego usar un meacutetodo sistemaacutetico para

obtener una estimacioacuten refinada de la solucioacuten El Meacutetodo de Jacobi es uno

de los meacutetodos iterativos maacutes conocidos

Supoacutengase que se tiene un sistema 3 x 3 Si los elementos de la diagonal no

son todos cero la primera ecuacioacuten se puede resolver para x1 la segunda

para x2 y la tercera parax3 para obtener

En general para un sistema de ecuaciones lineales de n ecuaciones

con n incoacutegnitas el Meacutetodo de Jacobi para encontrar un valor k de una

variable x es el siguiente