主对角占优矩阵

主对角占优矩阵

矩阵\(A=\left( \begin{matrix}{}\text{a}_{11}&\text{a}_{12}&\cdots&\text{a}_{1n}\\\text{a}_{21}&\text{a}_{22}&\cdots&\text{a}_{2n}\\\vdots&\vdots&\ddots&\vdots\\\text{a}_{n1}&\text{a}_{n2}&\cdots&\text{a}_{nn}\\\end{matrix} \right)\)满足

1)\(|a_{ii}|>\sum_{j\ne i}^n{|a_{ij}|}\),则\(\det A\ne0\).

2)\(a_{ii}>\sum_{j\ne i}^n{|a_{ij}|}\),则\(\det A>0\).

证明:

1)

\(\det A\ne 0\ \ \Longleftrightarrow \ \ \text{线性方程组}AX=0\text{只有零解}\)

故假设存在非零解
\[ X=\left( \begin{matrix}{} x_1& x_2& \cdots& x_n\\ \end{matrix} \right) ^T \]
\(|x_i|=\max_j\left\{ |x_j| \right\}\)

则|\(a_{ii}x_i|\le \sum_{j\ne i}^{}{|a_{ij}||x_j|\le}|a_{ij}||x_i|\ \ \Rightarrow \ \ |a_{ii}|\le \sum_{j\ne i}^{}{|a_{ij}|}\),矛盾.

2)


\[f\left( x \right) =\det A=\left| \begin{matrix} \text{a}_{11}& x\text{a}_{12}& \cdots& x\text{a}_{1n}\\ x\text{a}_{21}& \text{a}_{22}& \cdots& x\text{a}_{2n}\\ \vdots& \vdots& \ddots& \vdots\\ x\text{a}_{n1}& x\text{a}_{n2}& \cdots& \text{a}_{nn}\\ \end{matrix} \right|\]
由1)知\(|x|\le1\)\(f(x)\ne0\),且\(f(0)>0\),有连续性可知\(f(1)>0\).

posted on 2018-04-08 17:04 cjc305 阅读( ...) 评论( ...) 编辑 收藏

转载于:https://www.cnblogs.com/lagrange/p/8746057.html

### 严格对角占优矩阵的概念 在数值分析中,严格对角占优矩阵是一种特殊的矩阵形式。如果对于一个 \( n \times n \) 的矩阵 \( A = (a_{ij}) \),满足以下条件,则称其为严格对角占优矩阵: \[ |a_{ii}| > \sum_{j=1, j\neq i}^{n} |a_{ij}|,\quad i=1,2,...,n \] 这意味着每一行的对角元素绝对值大于该行其他所有非对角元素绝对值之和。 ### 性质 严格对角占优矩阵具有若干重要特性,这些特性使其成为许多算法的理想对象。具体来说: - **唯一解的存在性**:当系数矩阵是严格对角占优时,线性方程组 \( Ax=b \) 存在一个唯一的解[^1]。 - **稳定性**:这类矩阵通常表现出良好的数值稳定性能,在迭代方法中不容易发散,从而提高了求解过程中的可靠性。 - **可逆性**:任何严格对角占优矩阵都是非奇异的(即可逆),这进一步保证了上述提到的唯一性和稳定性特点。 ### 应用场景 由于严格的对角势带来的良好性质,此类矩阵被广泛应用到不同的科学计算领域内,特别是在处理大型稀疏系统的直接或间接求解方面表现尤为突出。以下是几个典型的应用实例: #### 解决线性代数问题 利用高斯消元法或其他分解技术来快速有效地求解由严格对角占优构成的大规模线性系统。 #### 数值微分方程求解器设计 构建高效的隐式时间积分方案用于偏微分方程离散化后的网格点更新过程中;因为隐式的格式往往涉及到需要反复求解带有这种结构特性的线性子问题。 ```matlab % MATLAB代码示例:验证给定矩阵是否为严格对角占优 function isDiagonallyDominant(A) n = size(A, 1); flag = true; for i = 1:n sumNonDiagElements = abs(sum(A(i,:)) - A(i,i)); if abs(A(i,i)) <= sumNonDiagElements flag = false; break; end end disp(flag); % 输出判断结果 end ```
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