工程数学最后一填空省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、矩阵分析矩阵分析1.向量范数2.矩阵范数3.矩阵分解电子科技大学应用数学学院第1页向量范数向量范数定义1.正定性2.齐次性3.三角不等式惯用向量范数1.1-范数2.2-范数3.-范数电子科技大学应用数学学院第2页矩阵范数惯用矩阵范数1.1-范数2.2-范数3.-范数电子科技大学应用数学学院第3页例 求A逆矩阵:解电子科技大学应用数学学院第4页电子科技大学应用数学学院第5页 例例 解矩阵方程解矩阵方程:解解电子科技大学应用数学学院第6页电子科技大学应用数学学院第7页电子科技大学应用数学学院第8页电子科技大学应用数学学院第9页实际问题数学问题提供计算方法实际问题数学问题提供计算方法程序设计上机计算
2、结果分析程序设计上机计算结果分析第二章第二章 科学计算方法科学计算方法 电子科技大学应用数学学院第10页基本数学问题1.大型线性代数方程组大型线性代数方程组Ax=b求解求解;2.矩阵矩阵A特征值和特征向量计算特征值和特征向量计算;3.非线性方程非线性方程 求解求解(求根求根);4.积分积分 计算计算;5.常微分方程初值问题求解常微分方程初值问题求解;6.其它。其它。电子科技大学应用数学学院第11页求准确解(值)普通非常困难:1.方程组阶数n很大,比如n=20,计算机运算速度 1亿次/秒,用不好方法,大约需算30多万年;好方法不到一分钟。另外,有计算结果可靠性 问题。2.特征值定义 电子科技大学
3、应用数学学院第12页3.形式复杂时求根和求积分很困难。4.线性微分方程易解,如 非线性方程难解,如 希望:希望:求近似解求近似解,但方法简单可行但方法简单可行,行之有效行之有效(计算量计算量小,误差小等小,误差小等).以计算机为工具以计算机为工具,易在计算机上实现。易在计算机上实现。计算机运算计算机运算:只能进行加,减,乘,除等算术运只能进行加,减,乘,除等算术运 算和一些逻辑运算。算和一些逻辑运算。计算方法:计算方法:把求解数学问题转化为按一定次序只把求解数学问题转化为按一定次序只 进行加,减,乘,除等基本运算进行加,减,乘,除等基本运算 数值方法。数值方法。电子科技大学应用数学学院第13页
4、例例:用用Gauss-SeidelGauss-Seidel迭代法求方程组迭代法求方程组k1234x1(k)0.77780.98390.99941.0000 x2(k)0.87780.99610.99981.0000 x3(k)0.97700.99870.99991.0000电子科技大学应用数学学院第14页 设方程组设方程组Ax=b系数矩阵系数矩阵A按行严格对角占优即:按行严格对角占优即:或按列严格对角占优,即或按列严格对角占优,即定定理理1 1 若若系系数数矩矩阵阵A按按行行(或或按按列列)严严格格对对角角占占优优,则则求求解解Ax=bJacobiJacobi方方法法与与Gauss-Seide
5、l方方法法对对任任意意 初始向量都收敛初始向量都收敛.定理2 若A为对称正定矩阵为对称正定矩阵,则Gauss-Seidel迭代收敛迭代收敛.电子科技大学应用数学学院第15页排列、组合排列、组合一、加法规则和乘法规则一、加法规则和乘法规则1、加法规则、加法规则也可叙述为:设事件也可叙述为:设事件A有有m种产生方式,事件种产生方式,事件B有有n种产生方式,则种产生方式,则“事件事件A或事件或事件B”有有m+n种种产生方式。产生方式。电子科技大学应用数学学院第16页2、乘法规则、乘法规则也可表述为:若事件也可表述为:若事件A有有m种产生方式,事件种产生方式,事件B有有n种产生方式,则种产生方式,则“
6、事件事件A与事件与事件B”有有mn种种产生方式。产生方式。电子科技大学应用数学学院第17页例例1 求比求比10000小正整数中含有数字小正整数中含有数字1数个数。数个数。电子科技大学应用数学学院第18页二、排列与组合二、排列与组合按照元素排列方式,排列分:线排列、圆排列和按照元素排列方式,排列分:线排列、圆排列和重排列三类。重排列三类。1、线排列、线排列电子科技大学应用数学学院第19页电子科技大学应用数学学院第20页例例2 将含有将含有9个字母单词个字母单词FRAGMENTS进行排列,进行排列,要求字母要求字母A总是紧跟在字母总是紧跟在字母R右边,问有多少种这右边,问有多少种这么排法?么排法?
7、解:解:A紧跟在字母紧跟在字母R右边,能够把这么排列看作右边,能够把这么排列看作是是8个元素集合个元素集合F,RA,G,M,E,N,T,S全排列。所以个数为:全排列。所以个数为:P(8,8)=8!=40320。电子科技大学应用数学学院第21页 鸽笼原理与容斥原理鸽笼原理与容斥原理一、一、鸽笼原理鸽笼原理 鸽巢原理是组合数学中最简单也是最基本原鸽巢原理是组合数学中最简单也是最基本原理,也叫抽屉原理。即理,也叫抽屉原理。即定理定理 假如有假如有n+1个物体放到个物体放到n个盒子中,则最少个盒子中,则最少有一个盒子中放有两个或更多物体。有一个盒子中放有两个或更多物体。例例1 3671 367人中最少
8、有人生日相同。人中最少有人生日相同。例2 10双手套中任取11只,其中至少有两只是完整配对。例例3 把把5个点放到边长为个点放到边长为2正方形中,最少存在两正方形中,最少存在两个点之间距离小于等于个点之间距离小于等于电子科技大学应用数学学院第22页DeMorgan定理定理二、二、容容 斥斥 原原 理理电子科技大学应用数学学院第23页设设A,B为两个有限集合,易知为两个有限集合,易知A与与B元素个数为元素个数为定理定理1 设设 为有限集合,则为有限集合,则电子科技大学应用数学学院第24页电子科技大学应用数学学院第25页例例2 4男男4女围圆桌交替就座有多少种方式?女围圆桌交替就座有多少种方式?电
9、子科技大学应用数学学院第26页例例3 数数510510能被多少个不一样奇数整除?能被多少个不一样奇数整除?电子科技大学应用数学学院第27页例例4 求从求从1到到1000整数中不能被整数中不能被5,6,和和8中任何一个整除中任何一个整除整数个数整数个数.电子科技大学应用数学学院第28页电子科技大学应用数学学院第29页例例5 某餐厅有某餐厅有7种不一样菜,为了招待朋友,一个种不一样菜,为了招待朋友,一个用户需要买用户需要买14个菜,问有多少种买法?个菜,问有多少种买法?电子科技大学应用数学学院第30页例例6 计算计算R()与与R().R()=xR()+R()=xR()+xR()+R()电子科技大学
10、应用数学学院第31页x1x2x3x41234y1y2y3y41 2 3 4例例7 四对夫妇前来参加宴会,围圆桌而坐,男女相间,四对夫妇前来参加宴会,围圆桌而坐,男女相间,夫妇不相邻,问有多少种入座方式?夫妇不相邻,问有多少种入座方式?电子科技大学应用数学学院第32页电子科技大学应用数学学院第33页电子科技大学应用数学学院第34页电子科技大学应用数学学院第35页电子科技大学应用数学学院第36页图图哥尼斯堡七桥问题哥尼斯堡七桥问题电子科技大学应用数学学院第37页定义定义2一个一个图图是一个序偶是一个序偶 ,记为,记为G,其中:其中:1)Vv1,v2,v3,vn是一个有限非空集合,是一个有限非空集合
11、,vi(i1,2,3,n)称为称为结点结点,简称简称点点,V为为结点集结点集;2)Ee1,e2,e3,em是一个有限集合,是一个有限集合,ei (i1,2,3,m)称为称为边边,E为为边集边集,E中每个元素中每个元素都有都有V中结点对与之对应。中结点对与之对应。电子科技大学应用数学学院第38页1.若边若边e与无序结点对与无序结点对(u,v)相对应,则称边相对应,则称边e为为无向边无向边,记为记为e=(u,v),这时称,这时称u,v是边是边e e两个两个端点端点;2.若边若边e与有序结点对与有序结点对 相对应,则称边相对应,则称边e为为有向边有向边,记为记为e=,这时称,这时称u是边是边e始点始
12、点,v是边是边e终点终点,统,统称为称为e端点端点;3.每条边都是无向边图称为每条边都是无向边图称为无向图无向图;4.每条边都是有向边图称为每条边都是有向边图称为有向图有向图;5.有些边是无向边,而另一些是有向边图称为有些边是无向边,而另一些是有向边图称为混合图混合图。图分类图分类(按边方向按边方向):电子科技大学应用数学学院第39页例例1 设图设图G 如右图所如右图所示。这里示。这里Vv1,v2,v3,v4,v5,Ee1,e2,e3,e4,e5,e6,其中其中e1(v1,v2),e2 ,e3(v1,v4),e4(v2,v3),e5 ,e6(v3,v3)。图中图中e1、e3、e4是无向边,是无
13、向边,e2、e5是有向边。是有向边。电子科技大学应用数学学院第40页1)在一个图中,关联结点在一个图中,关联结点vi和和vj边边e,不论是有向还是,不论是有向还是无向,均称边无向,均称边e与结点与结点vi和和vj相关联相关联,而,而vi和和vj称为称为邻接点邻接点,不然称为,不然称为不邻接不邻接;几个概念几个概念:2)关联于同一个结点两条边称为关联于同一个结点两条边称为邻接边邻接边;3)图中关联同一个结点边称为图中关联同一个结点边称为环环;4)图中不与任何结点相邻接结点称为图中不与任何结点相邻接结点称为孤立结点孤立结点;5)仅由孤立结点组成图称为仅由孤立结点组成图称为零图零图;6)仅含一个结点
14、零图称为仅含一个结点零图称为平凡图平凡图.电子科技大学应用数学学院第41页二、二、图矩阵表示图矩阵表示设图设图G=,V=v1,v2,vn,E=e1,e2,em,则则G关联矩阵为关联矩阵为:为为 关联关联次数次数G邻接矩阵为邻接矩阵为:为联接为联接边数边数例例2 设设G如如图所表示图所表示,则则电子科技大学应用数学学院第42页1)在有向图中,两个结点间在有向图中,两个结点间(包含结点本身间包含结点本身间)若有若有同始点和同终点几条边,则这几条边称为同始点和同终点几条边,则这几条边称为平行边平行边,2)在无向图中,两个结点间在无向图中,两个结点间(包含结点本身间包含结点本身间)若有若有几条边,则这
15、几条边称为几条边,则这几条边称为平行边平行边;3)两结点两结点vi,vj间相互平行边条数称为边间相互平行边条数称为边(vi,vj)或或 重数重数;4)含有平行边图称为含有平行边图称为多重图多重图;5)非多重图称为非多重图称为线图线图;6)无环线图称为无环线图称为简单图简单图。图分类图分类(按边重数按边重数):电子科技大学应用数学学院第43页例例4G1、G2是多重图,是多重图,G3是线图,是线图,G4是简单图。是简单图。电子科技大学应用数学学院第44页1)在无向图在无向图G 中,与结点中,与结点v(v V)关联边条数关联边条数(有环时计算两次有环时计算两次),称为该结点,称为该结点度数度数,记为
16、,记为deg(v);2)在有向图在有向图G 中,以结点中,以结点v为始点引出边条数,为始点引出边条数,称为该结点称为该结点出度出度,记为记为deg+(v);以结点;以结点v为终点引入为终点引入边条数,称为该结点边条数,称为该结点入度入度,记为记为deg-(v);而结点引出;而结点引出度数和引入度数之和称为该结点度数和引入度数之和称为该结点度数度数,记为,记为deg(v),即即deg(v)deg+(v)+deg-(v);3)对于图对于图G ,度数为,度数为1结点称为结点称为悬挂结点悬挂结点,它,它所关联边称为所关联边称为悬挂边悬挂边。4)在图在图G 中,称度数为奇数结点为中,称度数为奇数结点为奇
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