diff --git a/Notes/Semester 3/HM1 - Höhere Mathematik/Zusammenfassung.md b/Notes/Semester 3/HM1 - Höhere Mathematik/Zusammenfassung.md index ecadd16..099b213 100644 --- a/Notes/Semester 3/HM1 - Höhere Mathematik/Zusammenfassung.md +++ b/Notes/Semester 3/HM1 - Höhere Mathematik/Zusammenfassung.md @@ -58,6 +58,10 @@ - [Vorgang](#vorgang) - [Fehlerrechnung bei linearen Gleichungssystemen](#fehlerrechnung-bei-linearen-gleichungssystemen) - [Vektor- und Matrixnormen](#vektor--und-matrixnormen) + - [Aufwand-Abschätzung](#aufwand-abschätzung) + - [Iterative Verfahren zur Lösung von Gleichungssystemen](#iterative-verfahren-zur-lösung-von-gleichungssystemen) + - [$LDR$-Zerlegung](#ldr-zerlegung) + - [Jacobi-Verfahren](#jacobi-verfahren) - [Formelbuchstaben](#formelbuchstaben) - [Glossar](#glossar) @@ -1002,6 +1006,113 @@ $$\frac{||x - \tilde{x}||}{||x||} \le +### Aufwand-Abschätzung + +
+ +***Kennzahlen:*** + +Lösung Linearer Gleichungssysteme mit Hilfe von... + +Gauss-Elimination: + +$$\frac{2}{3}n^3 + \frac{5}{2}n^2 - \frac{13}{6}n$$ + +$LR$-Zerlegung: + +$$\frac{2}{3}n^3 + \frac{7}{2}n^2 + \frac{13}{6}n$$ + +$QR$-Zerlegung: + +$$\frac{5}{3}n^3 + 4n^2 + \frac{7}{3}n - 7$$ + +
+ +
+ +***Ordnung $O(n)$*** + +Die Ordnung $O(n)$ der zuvor genannten Verfahren entspricht der höchsten Potenz von $n$, welche in der Formel zur Berechnung des Aufwands vorkommt. + +Das bedeutet also folgendes: + +Ordnung von Gauss-Elimination, $LR$-Zerlegung und $QR$-Zerlegung: + +$$O(n^3)$$ + +
+ +## Iterative Verfahren zur Lösung von Gleichungssystemen +### $LDR$-Zerlegung + +Für die $LDR$-Zerlegung wird die Matrix $A$ in drei Matrizen $L$, $D$ und $R$ aufgeteilt, wobei $L$ eine untere Dreiecksmatrix, $D$ eine Diagonalmatrix und $R$ eine obere Dreiecksmatrix ist. Das bedeutet: + +$$A = L + D + R$$ + +Mit + +$$L = \left( + \begin{matrix} + 0 & 0 & 0 & \cdots & 0 \\ + a_{21} & 0 & 0 & \cdots & 0 \\ + a_{31} & a_{32} & 0 & \cdots & 0 \\ + \vdots & \vdots & \ddots & \ddots & \vdots \\ + a_{n1} & a_{n2} & \cdots & a_{nn - 1} & 0 + \end{matrix} + \right)$$ +$$D = \left( + \begin{matrix} + a_{11} & 0 & 0 & \cdots & 0 \\ + 0 & a_{22} & 0 & \cdots & 0 \\ + 0 & 0 & a_{33} & \cdots & 0 \\ + \vdots & \vdots & \ddots & \ddots & \vdots \\ + 0 & 0 & \cdots & 0 & a_{nn} + \end{matrix} + \right)$$ + +$$R = \left( + \begin{matrix} + 0 & a_{12} & a_{13} & \cdots & a_{1n} \\ + 0 & 0 & a_{23} & \cdots & a_{2n} \\ + 0 & 0 & 0 & \ddots & \vdots \\ + \vdots & \vdots & \ddots & \ddots & a_{n-1,n} \\ + 0 & 0 & \cdots & 0 & 0 + \end{matrix} + \right)$$ + +> ***Wichtig:*** +> Hierbei handelt es sich nicht um $L$ und $R$ aus der $LR$-Zerlegung! + +### Jacobi-Verfahren + +Das Jacobi-Verfahren ist ein iteratives Verfahren, welches nach jeder Iteration näher mit der tatsächlichen Lösung $x$ konvergiert. + +Das Jacobi-Verfahren ist auch bekannt als **Gesamtschrittverfahren**. + +
+ +***Jacobi-Verfahren:*** + +Zunächst beginnt man mit $x^{(0)}$ als ein Vektor, der nur aus $0$en besteht. + +$$x^{(k + 1)} = -D^{-1} \cdot (L + R) \cdot x^{(k)} + D^{-1} \cdot b$$ + +Für die Berechnung einzelner Elemente des Vektors $x^{(k + 1)}$ gilt: + +Für $i$ von $1$ bis $n$: + +$$x^{(k + 1)}_i = \frac{1}{a_{ii}} \cdot +\left( + b_i - \sum_{j = 1,j \not = i}^n a_{ij} \cdot x^{(k)}_j +\right)$$ + +
+
+ + - $x^{(k)}$: Die Annäherung an $x$ nach der $k$-ten Iteration + +
+ ## Formelbuchstaben
@@ -1025,6 +1136,7 @@ $$\frac{||x - \tilde{x}||}{||x||} \le - $x$: Darzustellender Wert - $x_n$: Die $n$-te Approximation von $x$ - $\tilde{x}$: Approximation/Annäherung an $x$ + - $x^{(k)}$: Die Annäherung von $x$ in der $k$-ten Iteration