Zaif zanjirli diagonal dominant matritsa - Weakly chained diagonally dominant matrix - Wikipedia

Zaif zanjirlangan diagonal dominant (WCDD) matritsalarning zaif diagonal dominant (WDD) va qat'iy diagonal dominant (SDD) matritsalarga nisbatan tutilishini ko'rsatadigan Venn diagrammasi.

Matematikada zaif zanjirli diagonal dominant matritsalar oila bir nechta matritsalar qat'iyan o'z ichiga oladi diagonal dominant matritsalar.

Ta'rif

Dastlabki bosqichlar

Biz qator deymiz ${ displaystyle i}$ murakkab matritsaning ${ displaystyle A = (a_ {ij})}$ bu qat'iy diagonal ustunlik qiladi (SDD) agar ${ displaystyle | a_ {ii} |> textstyle { sum _ {j neq i}} | a_ {ij} |}$. Biz aytamiz ${ displaystyle A}$ agar uning barcha satrlari SDD bo'lsa, SDD bo'ladi. Zaif diagonal dominant (WDD) bilan belgilanadi ${ displaystyle geq}$ o'rniga.

The yo'naltirilgan grafik bilan bog'liq ${ displaystyle m marta m}$ murakkab matritsa ${ displaystyle A = (a_ {ij})}$ tepaliklar tomonidan berilgan ${ displaystyle {1, ldots, m }}$ va qirralar quyidagicha aniqlanadi: dan chekka mavjud ${ displaystyle i rightarrow j}$ agar va faqat agar ${ displaystyle a_ {ij} neq 0}$.

Ta'rif

Murakkab kvadrat matritsa ${ displaystyle A}$ deb aytilgan kuchsiz zanjirli diagonal dominant (WCDD) agar

• ${ displaystyle A}$ WDD va
• har bir qator uchun ${ displaystyle i_ {1}}$ anavi emas SDD, a mavjud yurish ${ displaystyle i_ {1} rightarrow i_ {2} rightarrow cdots rightarrow i_ {k}}$ ning yo'naltirilgan grafasida ${ displaystyle A}$ SDD qatorida tugaydi ${ displaystyle i_ {k}}$.

Misol

Misolda WCDD matritsasi bilan bog'liq bo'lgan yo'naltirilgan grafik. SDD bo'lgan birinchi qator ajratib ko'rsatilgan. Qaysi tugundan qat'i nazar, unutmang ${ displaystyle i}$ biz boshlaymiz, biz yurishimiz mumkin ${ displaystyle i rightarrow (i-1) rightarrow (i-2) rightarrow cdots rightarrow 1}$.

The ${ displaystyle m marta m}$ matritsa

${ displaystyle { begin {pmatrix} 1 - 1 & 1 & - 1 & 1 && ddots & ddots &&& - 1 & 1 end {pmatrix}}}$

WCDD.

Xususiyatlari

Nonsularlik

WCDD matritsasi bema'ni.^[1]

Isbot:^[2]Ruxsat bering ${ displaystyle A = (a_ {ij})}$ WCDD matritsasi bo'ling. Nolinchi nol bor deylik ${ displaystyle x}$ ning bo'sh maydonida ${ displaystyle A}$.Umumiylikni yo'qotmasdan, ruxsat bering ${ displaystyle i_ {1}}$ shunday bo'ling ${ displaystyle | x_ {i_ {1}} | = 1 geq | x_ {j} |}$ Barcha uchun ${ displaystyle j}$.Bundan beri ${ displaystyle A}$ WCDD, biz yurishimiz mumkin ${ displaystyle i_ {1} rightarrow i_ {2} rightarrow cdots rightarrow i_ {k}}$ SDD qatorida tugaydi ${ displaystyle i_ {k}}$.

Ikkala tomonning modullarini olish

${ displaystyle -a_ {i_ {1} i_ {1}} x_ {i_ {1}} = sum _ {j neq i_ {1}} a_ {i_ {1} j} x_ {j}}$

va uchburchak tengsizligini qo'llasa hosil bo'ladi

${ displaystyle chap | a_ {i_ {1} i_ {1}} o'ng | leq sum _ {j neq i_ {1}} chap | a_ {i_ {1} j} o'ng | chap | x_ {j} o'ng | leq sum _ {j neq i_ {1}} chap | a_ {i_ {1} j} o'ng |,}$

va shuning uchun qator ${ displaystyle i_ {1}}$ SDD emas, bundan tashqari ${ displaystyle A}$ WDD, yuqoridagi tengsizliklar zanjiri tenglik bilan ushlab turiladi ${ displaystyle | x_ {j} | = 1}$ har doim ${ displaystyle a_ {i_ {1} j} neq 0}$.Shuning uchun, ${ displaystyle | x_ {i_ {2}} | = 1}$.Bu dalilni takrorlash ${ displaystyle i_ {2}}$, ${ displaystyle i_ {3}}$va boshqalar, biz buni topamiz ${ displaystyle i_ {k}}$ SDD emas, ziddiyat. ${ displaystyle square}$

Buni eslash an qisqartirilmaydi matritsa - bu bog'liq yo'naltirilgan grafigi mustahkam bog'langan, yuqoridagi ahamiyatsiz xulosa shuki, an qisqartirilmaydigan darajada diagonal dominant matritsa (ya'ni, hech bo'lmaganda bitta SDD qatoriga ega bo'lgan qisqartirilmaydigan WDD matritsasi) ma'nosizdir.^[3]

Monsiz matritsalar bilan aloqasi

Quyidagilar teng:^[4]

• ${ displaystyle A}$ ma'nosiz WDD M-matritsa.
• ${ displaystyle A}$ ma'nosiz WDD L-matritsa;
• ${ displaystyle A}$ WCDD L-matritsa;

Aslida, WCDD L-matritsalari o'rganilgan (tomonidan Jeyms H. Bramble va B. E. Xabbard) 1964 yildayoq jurnal maqolasida^[5] unda ular muqobil nomi ostida paydo bo'ladi ijobiy turdagi matritsalar.

Bundan tashqari, agar ${ displaystyle A}$ bu ${ displaystyle n times n}$ WCDD L-matritsasi, biz uning teskarisini quyidagicha bog'lashimiz mumkin:^[6]

${ displaystyle left Vert A ^ {- 1} right Vert _ { infty} leq sum _ {i} left [a_ {ii} prod _ {j = 1} ^ {i} ( 1-u_ {j}) o'ng] ^ {- 1}}$ qayerda ${ displaystyle u_ {i} = { frac {1} { chap | a_ {ii} o'ng |}} sum _ {j = i + 1} ^ {n} chap | a_ {ij} o'ng |.}$

Yozib oling ${ displaystyle u_ {n}}$ har doim nolga teng va yuqoridagi chegaraning o'ng tomoni ${ displaystyle infty}$ har doim bir yoki bir nechta doimiy ${ displaystyle u_ {i}}$ bitta.

WCDD L-matritsaning teskari yo'nalishi uchun qattiqroq chegaralar ma'lum.^{[7][8][9][10]}

Ilovalar

Bilan munosabatlari tufayli M-matritsalar (qarang yuqorida ), WCDD matritsalari ko'pincha amaliy qo'llanmalarda uchraydi, masalan quyida keltirilgan.

Monotonli raqamli sxemalar

WCDD L-matritsalari tabiiy ravishda uchun monotonli taxminiy sxemalardan kelib chiqadi qisman differentsial tenglamalar.

Masalan, bir o'lchovli narsani ko'rib chiqing Poisson muammosi

${ displaystyle u ^ { prime prime} (x) + g (x) = 0}$ uchun ${ displaystyle x in (0,1)}$

bilan Dirichletning chegara shartlari ${ displaystyle u (0) = u (1) = 0}$.Qo'yish ${ displaystyle {0, h, 2h, ldots, 1 }}$ raqamli panjara bo'ling (ba'zi ijobiy narsalar uchun ${ displaystyle h}$ birlikni ajratuvchi), Puasson muammosi uchun monotonli cheklangan farqlar sxemasi quyidagi shaklga ega

${ displaystyle - { frac {1} {h ^ {2}}} A { vec {u}} + { vec {g}} = 0}$ qayerda ${ displaystyle [{ vec {g}}] _ {j} = g (jh)}$

va

${ displaystyle A = { begin {pmatrix} 2 & -1 - 1 & 2 & -1 & - 1 & 2 & -1 && ddots & ddots & ddots &&& - 1 & 2 & -1 &&&& - 1 & 2 end {pmatrix}}.}$

Yozib oling ${ displaystyle A}$ WCDD L-matritsasi.

Adabiyotlar