04-A的LU分解
一、矩阵$AB$的逆
$(AB)^{-1}=B^{-1}A^{-1}$,顺序正好相反
二、$A=LU$
如矩阵:
$\left[\begin{array}{ll}{2} & {1} \\ {8} & {7}\end{array}\right]$ =>消元=>$\left[\begin{array}{ll}{2} & {1} \\ {0} & {3}\end{array}\right]$
按照我们在第二讲所知,原始矩阵借助$E_{21}$可以实现矩阵的消元,即$E_{21}$ * $A$ = $U$:
$\left[\begin{array}{ll}{1} & {0} \\ {-4} & {1}\end{array}\right] * \left[\begin{array}{ll}{2} & {1} \\ {8} & {7}\end{array}\right]$ = $\left[\begin{array}{ll}{2} & {1} \\ {0} & {3}\end{array}\right]$
注意:这里是2 * 2 矩阵,所以只需要一个初等矩阵相乘即可,若是更大的方阵,则每次消元都需要初等矩阵左乘
而我们知道$A=LU$,那么这个$L$是什么呢?
$A=LU$
$E_{21}A=U$
第二个式子左右同时乘以$E_{21} ^{-1}$:
$A=E_{21} ^{-1}U$
所以这个$L$就是$E_{21} ^{-1}$,初等矩阵的逆矩阵好求,就是初等矩阵变一下符号而已(仅仅因为这里是2*2矩阵,如果3*3或者更大的矩阵,就不是这么简单了):
$L$=$E_{21} ^{-1}$=$\left[\begin{array}{ll}{1} & {0} \\ {4} & {1}\end{array}\right]$
这里只是以简单的2*2矩阵为例进行了讲解,$L$和$U$矩阵表示了下三角矩阵和上三角矩阵,过程如下:
$\left[\begin{array}{ll}{2} & {1} \\ {8} & {7}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ll}{1} & {0} \\ {4} & {1}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ll}{2} & {1} \\ {0} & {3}\end{array}\right]$
即:$A = LU$
有时候会把主元摘出来:$A = LDU$
$\left[\begin{array}{ll}{2} & {1} \\ {8} & {7}\end{array}\right] = \left[\begin{array}{ll}{1} & {0} \\ {4} & {1}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ll}{2} & {0} \\ {0} & {3}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ll}{1} & {1/2} \\ {0} & {1}\end{array}\right]$
我们不能只停留在简单的2 * 2矩阵上,下面我们来处理更大的矩阵,比如3 * 3 矩阵:
$E_{32} E_{31} E_{21} A=U$(消元过程假设不需要进行行交换)
$A= E_{21}^{-1} E_{31}^{-1} E_{32}^{-1} U$
所以:$L= E_{21}^{-1} E_{31}^{-1} E_{32}^{-1}$
实例:
上面的求$L$的过程看起来很麻烦,先要计算三个消元矩阵,然后计算他们的逆,反顺序相乘,其实不然
对于初等矩阵,之前讲到过,它的逆只要把变换再还回去就是,比如矩阵:
$\left[\begin{array}{lll}{1} & {0} & {0} \\ {2} & {1} & {0} \\ {0} & {0} & {1}\end{array}\right]$
表示将某矩阵的第一行乘2加到第二行上(如果用它右乘某矩阵的话),那么这个操作的逆操作就是从第二行减去2倍的第一行就是了,所以它的逆矩阵就是:
$\left[\begin{array}{ccc}{1} & {0} & {0} \\ {-2} & {1} & {0} \\ {0} & {0} & {1}\end{array}\right]$
三、后半节需要再理解一下
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