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38566f289a
301
.gitignore
vendored
Normal file
301
.gitignore
vendored
Normal file
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@ -0,0 +1,301 @@
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## Core latex/pdflatex auxiliary files:
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*.aux
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*.lof
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*.log
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*.lot
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*.fls
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*.out
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*.toc
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*.fmt
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*.fot
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*.cb
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*.cb2
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.*.lb
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## Intermediate documents:
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*.dvi
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*.xdv
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*-converted-to.*
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# these rules might exclude image files for figures etc.
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*.ps
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*.eps
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*.pdf
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## Generated if empty string is given at "Please type another file name for output:"
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.pdf
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## Bibliography auxiliary files (bibtex/biblatex/biber):
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*.bbl
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*.bcf
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*.blg
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*-blx.aux
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*-blx.bib
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*.run.xml
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## Build tool auxiliary files:
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*.fdb_latexmk
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*.synctex
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*.synctex(busy)
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*.synctex.gz
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*.synctex.gz(busy)
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*.pdfsync
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## Build tool directories for auxiliary files
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# latexrun
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latex.out/
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## Auxiliary and intermediate files from other packages:
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# algorithms
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*.alg
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*.loa
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# achemso
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acs-*.bib
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# amsthm
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*.thm
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# beamer
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*.nav
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*.pre
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*.snm
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*.vrb
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# changes
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*.soc
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# comment
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*.cut
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# cprotect
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*.cpt
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# elsarticle (documentclass of Elsevier journals)
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*.spl
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# endnotes
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*.ent
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# fixme
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*.lox
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# feynmf/feynmp
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*.mf
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*.mp
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*.t[1-9]
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*.t[1-9][0-9]
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*.tfm
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#(r)(e)ledmac/(r)(e)ledpar
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*.end
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*.?end
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*.[1-9]
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*.[1-9][0-9]
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*.[1-9][0-9][0-9]
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*.[1-9]R
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*.[1-9][0-9]R
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*.[1-9][0-9][0-9]R
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*.eledsec[1-9]
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*.eledsec[1-9]R
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*.eledsec[1-9][0-9]
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*.eledsec[1-9][0-9]R
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||||||
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*.eledsec[1-9][0-9][0-9]
|
||||||
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*.eledsec[1-9][0-9][0-9]R
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# glossaries
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*.acn
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*.acr
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*.glg
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*.glo
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*.gls
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*.glsdefs
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*.lzo
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*.lzs
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*.slg
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*.slo
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*.sls
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# uncomment this for glossaries-extra (will ignore makeindex's style files!)
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# *.ist
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# gnuplot
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*.gnuplot
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*.table
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# gnuplottex
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*-gnuplottex-*
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# gregoriotex
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*.gaux
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*.glog
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*.gtex
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# htlatex
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*.4ct
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*.4tc
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*.idv
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*.lg
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*.trc
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*.xref
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# hyperref
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*.brf
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# knitr
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*-concordance.tex
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# TODO Uncomment the next line if you use knitr and want to ignore its generated tikz files
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# *.tikz
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*-tikzDictionary
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# listings
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*.lol
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# luatexja-ruby
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*.ltjruby
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# makeidx
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*.idx
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*.ilg
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*.ind
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# minitoc
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*.maf
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*.mlf
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*.mlt
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*.mtc[0-9]*
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*.slf[0-9]*
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*.slt[0-9]*
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*.stc[0-9]*
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# minted
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_minted*
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*.pyg
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# morewrites
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*.mw
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# newpax
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*.newpax
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# nomencl
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*.nlg
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*.nlo
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*.nls
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# pax
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*.pax
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# pdfpcnotes
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*.pdfpc
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# sagetex
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*.sagetex.sage
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*.sagetex.py
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*.sagetex.scmd
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# scrwfile
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*.wrt
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# svg
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svg-inkscape/
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# sympy
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*.sout
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*.sympy
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sympy-plots-for-*.tex/
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# pdfcomment
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*.upa
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*.upb
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# pythontex
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*.pytxcode
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pythontex-files-*/
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# tcolorbox
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*.listing
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# thmtools
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*.loe
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# TikZ & PGF
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*.dpth
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*.md5
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*.auxlock
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# titletoc
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*.ptc
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# todonotes
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*.tdo
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# vhistory
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*.hst
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*.ver
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# easy-todo
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*.lod
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# xcolor
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*.xcp
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# xmpincl
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*.xmpi
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# xindy
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*.xdy
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# xypic precompiled matrices and outlines
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*.xyc
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*.xyd
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# endfloat
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*.ttt
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*.fff
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# Latexian
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TSWLatexianTemp*
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## Editors:
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# WinEdt
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*.bak
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*.sav
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# Texpad
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.texpadtmp
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# LyX
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*.lyx~
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# Kile
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*.backup
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# gummi
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.*.swp
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# KBibTeX
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*~[0-9]*
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# TeXnicCenter
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*.tps
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# auto folder when using emacs and auctex
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./auto/*
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*.el
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# expex forward references with \gathertags
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*-tags.tex
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# standalone packages
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*.sta
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# Makeindex log files
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*.lpz
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# xwatermark package
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*.xwm
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# REVTeX puts footnotes in the bibliography by default, unless the nofootinbib
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|
# option is specified. Footnotes are the stored in a file with suffix Notes.bib.
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|
# Uncomment the next line to have this generated file ignored.
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|
#*Notes.bib
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14
LICENSE
Normal file
14
LICENSE
Normal file
|
@ -0,0 +1,14 @@
|
||||||
|
DO WHAT THE FUCK YOU WANT TO PUBLIC LICENSE
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|
Version 2, December 2004
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|
Copyright (C) 2004 Sam Hocevar <sam@hocevar.net>
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Everyone is permitted to copy and distribute verbatim or modified
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|
copies of this license document, and changing it is allowed as long
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as the name is changed.
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||||||
|
DO WHAT THE FUCK YOU WANT TO PUBLIC LICENSE
|
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|
TERMS AND CONDITIONS FOR COPYING, DISTRIBUTION AND MODIFICATION
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||||||
|
0. You just DO WHAT THE FUCK YOU WANT TO.
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10
Makefile
Normal file
10
Makefile
Normal file
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@ -0,0 +1,10 @@
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MAIN = sheet
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FLAGS = -pdf -lualatex
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all:
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latexmk $(FLAGS) $(MAIN)
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dev:
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latexmk $(FLAGS) -pvc $(MAIN)
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clean:
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|
latexmk -C
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406
sheet.tex
Normal file
406
sheet.tex
Normal file
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@ -0,0 +1,406 @@
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|
\documentclass[11pt, a4paper, twoside]{article}
|
||||||
|
\usepackage[
|
||||||
|
a4paper,
|
||||||
|
headsep=5mm,
|
||||||
|
footskip=0mm,
|
||||||
|
top=12mm,
|
||||||
|
left=10mm,
|
||||||
|
right=10mm,
|
||||||
|
bottom=10mm
|
||||||
|
]{geometry}
|
||||||
|
\usepackage{amsmath}
|
||||||
|
\usepackage{gauss}
|
||||||
|
\usepackage{nicematrix}
|
||||||
|
\usepackage{tikz}
|
||||||
|
\usepackage{amsfonts}
|
||||||
|
\usepackage{makecell}
|
||||||
|
\usepackage{multicol}
|
||||||
|
\usepackage[noend]{algorithm2e}
|
||||||
|
\usepackage[utf8]{inputenc}
|
||||||
|
\usepackage{fancyhdr}
|
||||||
|
\usepackage{tikz}
|
||||||
|
\usetikzlibrary{arrows,automata,positioning, graphs, graphdrawing}
|
||||||
|
\usegdlibrary {trees}
|
||||||
|
\usepackage{hyperref}
|
||||||
|
\hypersetup{
|
||||||
|
colorlinks=true,
|
||||||
|
linkcolor=blue,
|
||||||
|
filecolor=magenta,
|
||||||
|
urlcolor=cyan,
|
||||||
|
pdftitle={Overleaf Example},
|
||||||
|
pdfpagemode=FullScreen,
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
\setlength{\algomargin}{0pt}
|
||||||
|
|
||||||
|
\begin{document}
|
||||||
|
\pagestyle{fancy}
|
||||||
|
\fancyhead{}
|
||||||
|
\fancyhead[L]{Numerische Mathematik für die Fachrichtungen Informatik}
|
||||||
|
\fancyhead[R]{Gero Beckmann - \url{https://github.com/Geronymos/}}
|
||||||
|
\fancyfoot{}
|
||||||
|
\fancyfoot[R]{\thepage}
|
||||||
|
\newenvironment{definition}[1]{\noindent\textbf{#1:}}{}
|
||||||
|
\section{Computergenauigkeit}
|
||||||
|
|
||||||
|
\[
|
||||||
|
FL = \{ +- B^e \Sigma_{l=1}^{l_m} a_l B^{-l} : e = e_{min} +
|
||||||
|
\Sigma_{l=0}^{L_e-1} c_l B^l, a_l, c_l \in \{0, ..., B-1 \}, a \neq 0 \} \cup
|
||||||
|
\{ 0 \} \subset \mathbb{Q} \\
|
||||||
|
\]
|
||||||
|
|
||||||
|
\begin{multicols}{2}
|
||||||
|
\section{Normen und Kondition}
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||||||
|
|
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|
\begin{align*}
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||||||
|
\|A\|_1 &= \max_{n=0,...,N} \Sigma_{m=0}^{N} |a_{mn}| & \text{Spaltennorm} \\
|
||||||
|
\|A\|_2 &= \sqrt {\max \lambda \text{ von } A^T A} & \text{Spektralnorm} \\
|
||||||
|
\|A\|_\infty &= \max_{m=0,...,N} \Sigma_{n=0}^{N} |a_{mn}| & \text{Zeilennorm} \\
|
||||||
|
\end{align*}
|
||||||
|
|
||||||
|
\subsection{Kondition}
|
||||||
|
|
||||||
|
\begin{align*}
|
||||||
|
\kappa(A) &= \|A\|\|A^{-1}\| \\
|
||||||
|
\kappa(A) &= \frac{\max_{\|y\|=1} \|A_y\|}{\min_{\|z\|=1} \|Az\|} \\
|
||||||
|
\kappa_2(A^TA) &= \kappa_2(A)^2 = \sqrt{\frac{\max \lambda \text{ von } A^TA}{\min \lambda}}
|
||||||
|
\end{align*}
|
||||||
|
\end{multicols}
|
||||||
|
|
||||||
|
\begin{multicols}{2}
|
||||||
|
\section{Cholesky-Zerlegung}
|
||||||
|
|
||||||
|
\begin{enumerate}
|
||||||
|
\item Berechne $A=LL^T$
|
||||||
|
\item Löse durch Vorwärtssubstitution $Ly = b$
|
||||||
|
\item Löse durch rückwärtssubstitution $L^T = y$
|
||||||
|
\end{enumerate}
|
||||||
|
|
||||||
|
\begin{align*}
|
||||||
|
Ax &= b \\
|
||||||
|
A &= \begin{pmatrix}
|
||||||
|
l_{11} & & \\
|
||||||
|
l_{21} & l_{22} & \\
|
||||||
|
l_{31} & l_{32} & l_{33}
|
||||||
|
\end{pmatrix} \begin{pmatrix}
|
||||||
|
l_{11} & l_{21} & l_{31} \\
|
||||||
|
& l_{22} & l_{32} \\
|
||||||
|
& & l_{33}
|
||||||
|
\end{pmatrix}
|
||||||
|
\end{align*}
|
||||||
|
|
||||||
|
\end{multicols}
|
||||||
|
|
||||||
|
\hspace{-.6cm}
|
||||||
|
\begin{minipage}{.42\textwidth}
|
||||||
|
\section{LR-Zerlegung}
|
||||||
|
|
||||||
|
\begin{enumerate}
|
||||||
|
\item Berechne Zerlegung $A = CR$
|
||||||
|
\item Löse $Ly = b$ durch Vorwaärtssubstitution
|
||||||
|
\item Löse $Rx =y$ durch Rückwärtssubstitution
|
||||||
|
\end{enumerate}
|
||||||
|
\end{minipage}
|
||||||
|
\hspace{-2cm}
|
||||||
|
\begin{minipage}{.6\textwidth}
|
||||||
|
\hspace{-10cm}
|
||||||
|
\begin{align*}
|
||||||
|
\begin{gmatrix}[p]
|
||||||
|
1 & 4 & -1 \\
|
||||||
|
3 & 0 & 5 \\
|
||||||
|
2 & 2 & 1
|
||||||
|
\rowops
|
||||||
|
\add[-3]{0}{1}
|
||||||
|
\add[-2]{0}{2}
|
||||||
|
\end{gmatrix} \leadsto \begin{pNiceMatrix}
|
||||||
|
1 & 4 & -1 \\
|
||||||
|
3 & -12 & 8 \\
|
||||||
|
2 & -6 & 3
|
||||||
|
\CodeAfter
|
||||||
|
\tikz \draw (2-|1) -| (4-|2);
|
||||||
|
\end{pNiceMatrix} \begin{gmatrix}
|
||||||
|
\\ \\
|
||||||
|
\rowops
|
||||||
|
\add[\frac{1}{-2}]{1}{2}
|
||||||
|
\end{gmatrix} \leadsto \begin{pNiceMatrix}
|
||||||
|
1 & 4 & -1 \\
|
||||||
|
3 & -12 & 8 \\
|
||||||
|
2 & \frac 1 2 & -1
|
||||||
|
\CodeAfter
|
||||||
|
\tikz \draw (2-|1) -| (3-|2) -| (4-|3);
|
||||||
|
\end{pNiceMatrix} \\
|
||||||
|
\Rightarrow L = \begin{pmatrix}
|
||||||
|
1 & 0& 0 \\
|
||||||
|
3 & 1 & 0 \\
|
||||||
|
2 & \frac 1 2 & 1
|
||||||
|
\end{pmatrix}, R = \begin{pmatrix}
|
||||||
|
1 & 4 & -1 \\
|
||||||
|
0 & -12 & 8 \\
|
||||||
|
0 & 0 & -1
|
||||||
|
\end{pmatrix}
|
||||||
|
\end{align*}
|
||||||
|
\end{minipage}
|
||||||
|
|
||||||
|
\subsection{Mit Pivotwahl / Permutationsmatrix $PA = LR$}
|
||||||
|
|
||||||
|
\begin{enumerate}
|
||||||
|
\item Berechne Zerlegung $PA = LR$ durch Gauß-Elimitation
|
||||||
|
\item Löse $Ly = Pb$ durch Vorwärtssubstition
|
||||||
|
\item Löse $Rx = y$ durch Rückwärtssubstitution
|
||||||
|
\end{enumerate}
|
||||||
|
\def\rowswapfromlabel#1{#1}
|
||||||
|
\def\rowswaptolabel#1{#1}
|
||||||
|
\def\colswapfromlabel#1{#1}
|
||||||
|
\def\colswaptolabel#1{#1}
|
||||||
|
\begin{align*}
|
||||||
|
\begin{pmatrix}
|
||||||
|
1 \\ 2 \\ 3
|
||||||
|
\end{pmatrix}
|
||||||
|
\begin{gmatrix}[p]
|
||||||
|
1 & 2 & 2 \\
|
||||||
|
-2 & -2 & 4 \\
|
||||||
|
2 & 4 & 2
|
||||||
|
\rowops
|
||||||
|
\swap[|-2| > |1|][]01
|
||||||
|
\end{gmatrix} \leadsto
|
||||||
|
\begin{pmatrix}
|
||||||
|
2 \\ 1 \\ 3
|
||||||
|
\end{pmatrix}
|
||||||
|
\begin{gmatrix}[p]
|
||||||
|
-2 & -2 & 4 \\
|
||||||
|
1 & 2 & 2 \\
|
||||||
|
2 & 4 & 2
|
||||||
|
\rowops
|
||||||
|
\add[\frac 1 2 ]01
|
||||||
|
\add[1]02
|
||||||
|
\end{gmatrix} \leadsto
|
||||||
|
\begin{pmatrix}
|
||||||
|
2 \\ 1 \\ 3
|
||||||
|
\end{pmatrix}
|
||||||
|
\begin{pNiceMatrix}
|
||||||
|
-2 & -2 & 4 \\
|
||||||
|
-\frac 1 2 & 1 & 4 \\
|
||||||
|
-1 & 2 & 6
|
||||||
|
\CodeAfter
|
||||||
|
\tikz \draw (2-|1) -| (4-|2);
|
||||||
|
\end{pNiceMatrix}
|
||||||
|
\begin{gmatrix}
|
||||||
|
\\ \\
|
||||||
|
\rowops
|
||||||
|
\swap[|2| > |1|]12
|
||||||
|
\end{gmatrix} \\ \leadsto
|
||||||
|
\begin{pmatrix}
|
||||||
|
2 \\ 3 \\ 1
|
||||||
|
\end{pmatrix}
|
||||||
|
\begin{pNiceMatrix}
|
||||||
|
-2 & -2 & 4 \\
|
||||||
|
-1 & 2 & 6 \\
|
||||||
|
-\frac 1 2 & 1 & 4
|
||||||
|
\CodeAfter
|
||||||
|
\tikz \draw (2-|1) -| (4-|2);
|
||||||
|
\end{pNiceMatrix}
|
||||||
|
\begin{gmatrix}
|
||||||
|
\\ \\
|
||||||
|
\rowops
|
||||||
|
\add[-\frac 1 2]12
|
||||||
|
\end{gmatrix} \leadsto
|
||||||
|
\begin{pmatrix}
|
||||||
|
2 \\ 3 \\ 1
|
||||||
|
\end{pmatrix}
|
||||||
|
\begin{pNiceMatrix}
|
||||||
|
-2 & -2 & 4 \\
|
||||||
|
-1 & 2 & 6 \\
|
||||||
|
-\frac 1 2 & \frac 1 2 & 1
|
||||||
|
\CodeAfter
|
||||||
|
\tikz \draw (2-|1) -| (3-|2) -| (4-|3);
|
||||||
|
\end{pNiceMatrix} \Rightarrow
|
||||||
|
L = \begin{pmatrix}
|
||||||
|
1 & 0 & 0 \\
|
||||||
|
-1 & 1 & 0 \\
|
||||||
|
-\frac12 & \frac12 &1
|
||||||
|
\end{pmatrix},
|
||||||
|
R = \begin{pmatrix}
|
||||||
|
-2 & -2 & 4 \\
|
||||||
|
0 & 2 & 6 \\
|
||||||
|
0 & 0 & 1
|
||||||
|
\end{pmatrix},
|
||||||
|
P = \begin{pmatrix}
|
||||||
|
0 & 1 & 0 \\
|
||||||
|
0 & 0 & 1 \\
|
||||||
|
1 & 0 & 0
|
||||||
|
\end{pmatrix}
|
||||||
|
\end{align*}
|
||||||
|
|
||||||
|
Für Eliminierung in Spalte n werden Zeilen so getauscht, dass in der n-ten
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||||||
|
Spaten ab dre n-ten Zeile, sodass das Betraglich größte Element in Zeile n
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||||||
|
steht.
|
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|
|
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|
\newpage
|
||||||
|
|
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|
\begin{multicols}{2}
|
||||||
|
|
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|
\section{QR-Zerlegung $A = QR$}
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|
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|
\begin{enumerate}
|
||||||
|
\item Bestimme Matrizen Q und R durch Householder-Transformationen
|
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|
\item Löse $Qx = b$ ($Q^{-1} = Q^T$, also $c = Q^Tb$)
|
||||||
|
\item Löse $Rx = c$ durch Rückwärtssubstitution
|
||||||
|
\end{enumerate}
|
||||||
|
|
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|
\begin{enumerate}
|
||||||
|
\item Bestimme Teilmatrix $A'^{(j-1)}$
|
||||||
|
\item Berechne $v^{(j)} = {a'}_{I}^{(j-1)} + sign({a'}_{II}^{(j-1)}) \cdot \| {a'}_I^{(j-1)} \| e_I$
|
||||||
|
\item Berechne $H'^{(j-1)} = I - \frac {2v^{(j)}v^{(j)T}} {v^{(j)T}v^{(j)}}$
|
||||||
|
\item Bestime $H^{(j)} = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & H'^{(j-1)}\end{pmatrix}$
|
||||||
|
\item Berechne $A^{(j)} = H^{(j)}A^{(j-1)}$ bis $A^{(j)} = R$
|
||||||
|
\end{enumerate}
|
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|
|
||||||
|
\begin{align*}
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||||||
|
j = 1 \rightarrow j = k = min(m-1, n) \\
|
||||||
|
Q^T = H^{(k)} \cdot ... \cdot H^{(2)} H^{(1)}
|
||||||
|
\end{align*}
|
||||||
|
|
||||||
|
\subsection{Minimale Fehlerquote}
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|
|
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\[
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|
|y_i - f(x_i)|_2^2 = \Sigma_{i=1}^{N} (y_i - f(x_i))^2
|
||||||
|
\]
|
||||||
|
|
||||||
|
\subsection{Ausgleichssystem}
|
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|
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|
Der Vektor $x \in \mathbb{R}^N$ löst genau dann $\|Ax -b \|_2 = min!$, falls er
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|
$A^TAx = A^Tb$ (Normalgleichung) löst.
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|
\columnbreak
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|
\section{Singilärwertzerlegung}
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|
\begin{enumerate}
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|
\item Rechne $S = A^TA$
|
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|
\item Berechne EW und EV von S
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|
\item Bilde ONB $u_1, u_2, ..., u_N$ aus EV von S
|
||||||
|
\item Berechne $\sigma_k = \sqrt{\lambda_k}$
|
||||||
|
\item $U = \begin{pNiceArray}{c|c|c} U_1 & ... & U_k \end{pNiceArray} =
|
||||||
|
diag(\sqrt{\lambda_1}, ..., \sqrt{\lambda_k}) =
|
||||||
|
diag(\sigma_1, ..., \sigma_k) = \Sigma$
|
||||||
|
\item $V = A U \Sigma^{-1}$
|
||||||
|
\end{enumerate}
|
||||||
|
|
||||||
|
\subsection{Pseudoinverse }
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||||||
|
$A^+ = U \Sigma^{-1} V^T$ ; ist A regulär dann gilt $A^{-1} = A^+$
|
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|
|
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|
\subsection{Normalengleichung}
|
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|
$|Ax-b|_2=Min!$ durch $x = A^+b$ gelöst
|
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|
||||||
|
\end{multicols}
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|
\section{Hessenbergform (rechte-obere Dreiecksmatrix ab der unterren Nebendiagonale)}
|
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|
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\subsection{Tridiagonal (Nur Haupt- und Nebendiagonale)}
|
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|
|
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|
\begin{align*}
|
||||||
|
\text{TeilmatrixA }&{A'}^{(j-1)} \\
|
||||||
|
w^{(j)} &= {a'}_{I}^{(j-1)} + sign({a'}_{Ii}^{(j-1)}) \cdot \|{a'}_{I}^{(j-1)}\|_2 \cdot e_I \\
|
||||||
|
{Q'}^{(j-1)} &= I - \frac {2 w^{j} w^{(j)T}} {w^{(j)T} w^{(j)}} \\
|
||||||
|
Q^{(j)} &= \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 && {Q'}^{(j-1)} \end{pmatrix} \\
|
||||||
|
H^{(j)} &= Q^{T(j)} A^{(j-1)} Q^{(j)}
|
||||||
|
\end{align*}
|
||||||
|
|
||||||
|
\subsection{Jacobi-Verfahren (Lösung von Ax =b) / Gesamtschrittverfahren}
|
||||||
|
\begin{align*}
|
||||||
|
x_m^{k+1} &= \frac 1 {A[m;m]} (b_m - \Sigma_{n \neq m} A[m,n] x_n^k) &\text{für $m=1, ..., M$} \\
|
||||||
|
x^{k+1} &= x^k + D^{-1} (b - Ax^k) & A = D + (L + U) \\
|
||||||
|
& &\text{(diagonal + (strikte linke untere / rechte obere))}
|
||||||
|
\end{align*}
|
||||||
|
|
||||||
|
\subsection{Gauß-Seidel-verfahren / Einzelschrittverfahren}
|
||||||
|
\begin{align*}
|
||||||
|
x_m^{k+1} &= \frac 1 {A[m;m]} (b_m - \Sigma_{n=1}^{m-1} A[m,n] x_n^{k+1} - \Sigma_{k=m+1}^{N} A[m,n] x_n^k) \\
|
||||||
|
x^{k+1} &= x^k + (D + L)^{-1} (b - Ax^k)
|
||||||
|
\end{align*}
|
||||||
|
|
||||||
|
\subsection{CG-Verfahren}
|
||||||
|
\begin{align*}
|
||||||
|
a
|
||||||
|
\end{align*}
|
||||||
|
|
||||||
|
\subsection{GMRES}
|
||||||
|
\begin{align*}
|
||||||
|
a
|
||||||
|
\end{align*}
|
||||||
|
|
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|
Energienorm $\|x\|_A = \sqrt{x^TAx}$
|
||||||
|
|
||||||
|
SKP $<x,y> = x^TAy$
|
||||||
|
|
||||||
|
\subsection{Krylov-Raum}
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|
|
||||||
|
\section{Spline Interpolation}
|
||||||
|
|
||||||
|
\begin{align*}
|
||||||
|
& s'(a) = v_0 \text{ und } s'(b) = v_N & \text{hermitisch} \\
|
||||||
|
& s''(a) = s''(b) = 0 & \text{natürlich} \\
|
||||||
|
& s'(a) = s'(b) \text{ und } s''(a) = s''(b) & \text{periodisch}
|
||||||
|
\end{align*}
|
||||||
|
|
||||||
|
\section{Newton-Verfahren}
|
||||||
|
\[
|
||||||
|
x^{n+1} = x^n - \frac {f(x^n)} {f'(x^n)}
|
||||||
|
\]
|
||||||
|
|
||||||
|
\section{Quadraturformel}
|
||||||
|
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|
Gewichte $b_k \in [0,1]$, Knoten $c_k \in [0,1]$, Stützstelle $a + c_k (b-a)$
|
||||||
|
|
||||||
|
\[
|
||||||
|
\int_a^b f(x)dx \approx (b - a) \Sigma_{k=1}^s b_k f(a+c_k (b-a))
|
||||||
|
\]
|
||||||
|
|
||||||
|
\begin{tabular}{llll}
|
||||||
|
Rechteckregel & $s=1$ & $b_1=1$ & $c_1=0$ \\
|
||||||
|
Mittelpunktregel & $s=1$ & $b_1=1$ & $c_1 = \frac12$ \\
|
||||||
|
Trapezregel & $s=2$ & $b_1 = b_2 = \frac12$ & $c_1 = 0, c_2 = 1$ \\
|
||||||
|
Simpsonregel & $s=3$ & $b_1 = b_3 = \frac16, b_2 = \frac46$ & $c_1 = 0, c_2 = \frac12, c_3 = 1$
|
||||||
|
\end{tabular}
|
||||||
|
|
||||||
|
Symmetrische Quadraturformel $c_k = 1 - c_{s+1-k}$, $b_k = b_{s+1-k}$
|
||||||
|
|
||||||
|
Ordung $p$ $\frac1q = \Sigma_{k=1}^S b_k c_k^{q-1}$ für alle $q=1, .., p$ nicht für $q = p+1$!
|
||||||
|
|
||||||
|
\section{Polynom-Interpolation}
|
||||||
|
|
||||||
|
\subsection{Lagrange}
|
||||||
|
|
||||||
|
\begin{align*}
|
||||||
|
& p(x) = \Sigma_{n=0}^N f_n L_n(x) &
|
||||||
|
L_n(x) = \Pi_{j=0, j \neq n}^N \frac{x - x_j}{x_n - x_j}
|
||||||
|
\end{align*}
|
||||||
|
|
||||||
|
Lebesque-Konstante
|
||||||
|
\[
|
||||||
|
\Lambda_N := \max_{x \in [a,b]} \Sigma_{n=0}^{N} |L_n(x)|
|
||||||
|
\]
|
||||||
|
|
||||||
|
\subsection{Newton-Darstellung}
|
||||||
|
|
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|
\begin{tabular}{c|c|c|c|c}
|
||||||
|
$f_n$ & 1 & 6 & -3 & 3 \\
|
||||||
|
\hline
|
||||||
|
$x_n$ & -1 & 0 & 1 & 3
|
||||||
|
\end{tabular}
|
||||||
|
|
||||||
|
\[
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||||||
|
\begin{NiceArray}{c|cccc}
|
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|
x_0 = -1 & f_0 = 1 & & & \\
|
||||||
|
x_1 = 0 & f_1 = 6 & \frac{1-6}{-1-0} = 5 & & \\
|
||||||
|
x_2 = 1 & f_2 = -3 & \frac{6+3}{0-1} = -9 & \frac{5+9}{-1-1} = -7 & \\
|
||||||
|
x_3 = 3 & f_3 = 3 & \frac{-3-3}{1-3} = 3 & \frac{-9-3}{0-3} = 4 & \frac{-7-4}{-1-3} = \frac{11}{4}
|
||||||
|
\end{NiceArray}
|
||||||
|
\]
|
||||||
|
|
||||||
|
\begin{align*}
|
||||||
|
p(x) &= 1 + 5(x-(-1)) -7(x-(-1))(x-0) + \frac{11}4 (x-(-1))(x-0)(x-1) \\
|
||||||
|
p(x) &= f_{0,0} + f_{0,1}(x-x_0) + ... + f_{0,N}(x-x_0) \cdot ... \cdot (x-x_{N-1})
|
||||||
|
\end{align*}
|
||||||
|
|
||||||
|
\end{document}
|
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