• 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:

    $left[egin{array}{ll}{2} & {1} \ {8} & {7}end{array} ight]$ =>消元=>$left[egin{array}{ll}{2} & {1} \ {0} & {3}end{array} ight]$

     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$E_{21}$ * $A$ = $U$

    $left[egin{array}{ll}{1} & {0} \ {-4} & {1}end{array} ight] * left[egin{array}{ll}{2} & {1} \ {8} & {7}end{array} ight]$ = $left[egin{array}{ll}{2} & {1} \ {0} & {3}end{array} ight]$

    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):

    $L$=$E_{21} ^{-1}$=$left[egin{array}{ll}{1} & {0} \ {4} & {1}end{array} ight]$

     

     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:

    $left[egin{array}{ll}{2} & {1} \ {8} & {7}end{array} ight]=left[egin{array}{ll}{1} & {0} \ {4} & {1}end{array} ight]left[egin{array}{ll}{2} & {1} \ {0} & {3}end{array} ight]$

    即:$A = LU$

    有时候会把主元摘出来:$A = LDU$

    $left[egin{array}{ll}{2} & {1} \ {8} & {7}end{array} ight] = left[egin{array}{ll}{1} & {0} \ {4} & {1}end{array} ight]left[egin{array}{ll}{2} & {0} \ {0} & {3}end{array} ight]left[egin{array}{ll}{1} & {1/2} \ {0} & {1}end{array} ight]$

     

     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:

    $left[egin{array}{lll}{1} & {0} & {0} \ {2} & {1} & {0} \ {0} & {0} & {1}end{array} ight]$

      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:

    $left[egin{array}{ccc}{1} & {0} & {0} \ {-2} & {1} & {0} \ {0} & {0} & {1}end{array} ight]$

    三、后半节需要再理解一下

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