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2x + 3y + z = 1 3x + y + 5z = 2 4x ? y ? z = 0 on décide de rendre facile l'inconnue x dans le premi`ere équation Pour cela on “tue” x dans les deux 



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A31x1 + A32x2 + A33x3 = b3 La méthode consiste à transformer le système A x = b en un autre système équivalent T x = c avec T matrice triangulaire 



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A Matrices échelonnées; pivot de Gauss voir que si x = (x1x2) est un vecteur quelconque de R2 alors x = (x1 ? 2x2)v1 + x2v2



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The Gauss-Jordan Elimination Algorithm - UMass

A column of a matrix A containing a pivot position is called a pivot column A pivot entry or simply a pivot is a nonzero number in a pivot position which may be used to eliminate entries in its pivot column during reduction The number of pivot positions in a matrix is a kind of invariant of the matrix called rank (we’ll de ne rank di



5 Gauss Jordan Elimination - MIT Mathematics

This completes Gauss Jordan elimination De nition 5 1 Let Abe an m nmatrix We say that Ais in reduced row echelon form if Ain echelon form and in addition every other entry of a column which contains a pivot is zero The end product of Gauss Jordan elimination is a matrix in reduced row echelon form Note that if one has a matrix in reduced



METHODE DU PIVOT DE GAUSS - Toutes les Maths

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use the forward elimination steps of Gauss elimination method to find determinant of a square matrix, relate the zero and non-zero value of the determinant of a square matrix to the existence or non-existence of the matrix inverse. enumerate the pitfalls of the Naïve Gauss elimination method

Can Gaussian elimination be applied with partial pivoting?

Well, you can apply Gaussian elimination with partial pivoting. However, the determinant of the resulting upper triangular matrix may differ by a sign. The following theorem applies in addition to the previous two to find the determinant of a square matrix. Let lbrack Arbrack be a n imes n matrix.

How do you solve the augmented matrix with pivot points?

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Sup"GaliléeAnnée 2020/2021

MACS1

Analyse numérique - TD6 & TD 7 - Corrigé

Méthodes directes pour la résolution des systèmes linéaires1Méthode de Gauss et factorisationLU

Exercice 1 : un exemple

Soient;;

PR. On considère le système linéaire suivant d"inconnuesx1;x2;x3: %x

12x23x3

2x16x25x3

x

12x27x3

(1) 1. Écrire le système (1)sous la formeAxxxbbb, avecAPM3pRq,xxxPR3;etbbbPR3, que l"on explicitera. 2. Est-ce que le système (1)admet une unique solution pour tout;; PR? 3.

Montrer que Aadmet une unique factorisationLU.

Dans la suite on choisit1, 1et

2et on va résoudre le systèmeAxxxbbbde plusieurs façons :

(a) Résoudre le système (1)par l"algorithme de Gauss sans pivot. (b) Calculer l afacto risationLUdeApuis résoudre le système(1)en utilisant cette factorisationLU. (c) Résoudre le système (1)par l"algorithme de Gauss avec pivot partiel. (d)

Calculer la facto risation

LUdePA(oùPest la matrice produit des matrices de permutations effectuées dans

l"algorithme de Gauss avec pivot partiel), puis résoudre le système(1)en utilisant cette factorisation.

Correction1. On a

A 1 23 2 65 12 7 ; xxx x 1 x 2 x 3 ; bbb Aetbbbétant les données, etxxxPR3le vecteur inconnu.

2. On calculedetpAq 240doncAest inversible. Le système admet donc une unique solution :xxxA1bbb, Pour tout

b bbPR3, c"est-à-dire pour tout;; PR.

3. On choisit1, 1et

2. Vérifions queAadmet une unique factorisationLU. D"après le cours (ou l"exercice 3

ci-dessous), une condition suffisante est que les sous matrices principales deAsont inversibles. Ceci est bien le cas car :

detp1q detp1q 10,detp2q det1 2 2 6

20, etdetp3q detpAq 0.

3. (a) Le fait queAadmet une (unique) factorisationLUrevient à dire que l"on peut effectuer l"algorithme de Gauss sans

pivot. On regroupeAetbbb(en ajoutantbbbà droite deA) : 1 231 2 651 12 72 L

2ÐL22L1

L

3ÐL3L1

1 231

0 2 13

04 101

L

3ÐL32L2

1 231

0 2 13

0 0 125

A p0qAbbbp0qbbbAp1qbbbp1qAp2qbbbp2q

En posantUAp2qetcccbbbp2qon est ramené à résoudre le système triangulaire supérieurUxxxccc, que l"on résout par

remontée : %12x3 5ñpermet de calculerx3:x3 512

2x2x3 3ñpermet de calculerx2connaissantx3:x2 3124

x

12x23x31ñpermet de calculerx1connaissantx2;x3:x173

1 (b) Pour trouver la factorisationLUdeAon reprend les étapes de l"algorithme de Gauss : 1 23 2 65 12 7 loooooooooomoooooooooon

AAp0qÝÑ

L

2ÐL2222L1

L

3ÐL3111L1

1 23 0 2 1 04 10 loooooooooomoooooooooon A p1q 1 0 0 2 1 0 1 0 1 loooooooomoooooooon E p1q 1 23 2 65 12 7 loooooooooomoooooooooon A p0q L

3ÐL3p222qL2

1 23 0 2 1

0 0 12

loooooooomoooooooon A p2q 1 0 0 0 1 0 0 2 1 looooooomooooooon E p2q 1 23 0 2 1 04 10 loooooooooomoooooooooon A p1q

Notons queEp1qest inversible, etpEp1qq1

1 0 0 2 1 0 1 0 1 . De même,Ep2qest inversible, etpEp2qq1 1 0 0 0 1 0 02 1 Ainsi, à la fin de la 1ère étape de la méthode de Gauss on a : A p1qEp1qA; et à la fin de la 2ème étape on obtient : U defAp2qEp2qAp1qEp2qEp1qA:

De l"égalité ci-dessus, on a

E p2qEp1qAUðñA pEp2qEp1qq1U

ðñA

pEp1qq1pEp2qq1 U

ðñALU

avecLdef pEp1qq1pEp2qq1 1 0 0 2 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 02 1 1 0 0 2 1 0 12 1

Notons que pour obtenirLil suffit de partir de la matrice identitéIpuis de recopier dans cette matrice, en les changeant de

signe, les coefficients utilisés à chaque opération élémentaire 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 2 221 0
1

112221

I L pEp1qq1pEp2qq1

Si l"on souhaite directement trouver la factorisationLUdeAsans passer par les étapes de l"algorithme de Gauss, alors on

chercheL 1 0 0 211 0

31`321

etU u

11u12u13

0u22u23

0 0u33

telles queLUA. Identifions les coefficients ligne par ligne : Étape 1 : identification de la première ligne deLUA: u

11a111; u12a122; u13a13 3:

Étape 2 : identification de la deuxième ligne deLUA:

21u11a212ñ`212;

21u12u22a226ñu222;

21u13u23a23 5ñu231:

Étape 2 : identification de la troisième ligne deLUA:

31u11a311ñ`311;

31u12`32u22a32 2ñ`32 2;

31u13`32u23u33a337ñu3312:

2

C"est cette méthode que l"on généralisera ci-dessous, dans l"exercice 2, pour écrire l"algorithme de calcul de la factorisationLU

d"une matriceAde dimension quelconque. Utilisons maintenant cette factorisationLUpour résoudre le systèmeAxxxbbb. On a

AxxxbbbðñLUxxxbbb

ðñLyyybbbpuisUxxxyyy

On résout par descenteLyyybbbet on trouveyyy p1;3;5qt(notons queyyycccde la question (a)). Puis on résoutUxxxyyy

par remontée, et on trouvexxx p73 ;3124 ;512 qt.

(c) Effectuons maintenant l"algorithme de Gauss avec pivot partiel. On commence par chercher dans la colonne 1 le plus grand

nombre en valeur absolue : ici 2 (à la 2ème ligne) et on permute la 2ème ligne avec la 1ère :

1 231 2 651 12 72 L

2ØL1

2 651 1 231 12 72 Ensuite on effectue la 1ère étape de la méthode de Gauss : 2 651 1 231 12 72 L

2ÐL212

12 12 L1 L

3ÐL312

12 12 L1 2 651 01123
2

051925

2

On cherche maintenant dans la colonne 2 à partir de la ligne 2 le plus grand nombre en valeur absolue : ici -5 (à la 3ème

ligne) et on permute la 3ème ligne avec la 2ème : 2 651 01123
2

051925

2 L

3ØL2

2 651

051925

2 01123
2 Puis on effectue la 2ème (et dernière) étape de la méthode de Gauss : 2 651

051925

2 01123
2 L

3ÐL315

15 15 L2 2 651

051925

2

0 01251

En posant

U 2 65 05192

0 0125

etccc 1 52
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