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    Rsolution de systmes linaires : Mthodesdirectes

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    Exemples

    Proprits

    Principe gnral des

    algorithmes

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    Forme matricielle de la

    triangularisation

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    Rappels mathmatiques

    Soit rsoudre le systme linaireAx = b.

    A

    Mn(IR) :

    matrice carre de dimension n

    n

    x, b IRn : vecteurs de dimension n.

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    Rappels mathmatiques

    Soit rsoudre le systme linaireAx = b.

    A

    Mn(IR) :

    matrice carre de dimension n

    n

    x, b IRn : vecteurs de dimension n.

    CNS dexistence de la solution :

    Le systme Ax = b a une solution unique si et seulement si sondterminant est non nul.

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    Rappels mathmatiques

    Soit rsoudre le systme linaireAx = b.

    A

    Mn(IR) :

    matrice carre de dimension n

    n

    x, b IRn : vecteurs de dimension n.

    CNS dexistence de la solution :

    Le systme Ax = b a une solution unique si et seulement si sondterminant est non nul.

    Si le dterminant est nul : Si b Im(A) le systme a une infinit de solutions Si b IRn Im(A) le systme na pas de solution

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    Exemple 1 :2x1 + 3x2 = 54x1 3x2 = 1

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    Exemple 1 :2x1 + 3x2 = 54x1 3x2 = 1

    Le dterminant vaut D = 18, le systme a une solution uniquex1 = 1, x2 = 1

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    Exemple 1 :2x1 + 3x2 = 54x1 3x2 = 1

    Le dterminant vaut D = 18, le systme a une solution uniquex1 = 1, x2 = 1

    Exemple 2 :2x1 + 3x2 = 5

    4x1 + 6x2 = 10

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    Exemple 1 :2x1 + 3x2 = 54x1 3x2 = 1

    Le dterminant vaut D = 18, le systme a une solution uniquex1 = 1, x2 = 1

    Exemple 2 :2x1 + 3x2 = 5

    4x1 + 6x2 = 10

    Le dterminant vaut D = 0, le systme a une infinit de solutions :(1, 1) + (3, 2), ( IR).

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    Exemple 1 :2x1 + 3x2 = 54x1 3x2 = 1

    Le dterminant vaut D = 18, le systme a une solution uniquex1 = 1, x2 = 1

    Exemple 2 :2x1 + 3x2 = 5

    4x1 + 6x2 = 10

    Le dterminant vaut D = 0, le systme a une infinit de solutions :(1, 1) + (3, 2), ( IR).

    Exemple 3 :2x1 + 3x2 = 5

    4x1 + 6x2 = 9

    E l

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    Exemples

    Exemple 1 :2x1 + 3x2 = 54x1 3x2 = 1

    Le dterminant vaut D = 18, le systme a une solution uniquex1 = 1, x2 = 1

    Exemple 2 :2x1 + 3x2 = 5

    4x1 + 6x2 = 10

    Le dterminant vaut D = 0, le systme a une infinit de solutions :(1, 1) + (3, 2), ( IR).

    Exemple 3 :2x1 + 3x2 = 5

    4x1 + 6x2 = 9

    Le dterminant vaut D = 0, le systme na pas de solution.

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    Proprits

    On ne change pas la solution dun systme linaire lorsque :

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    On ne change pas la solution dun systme linaire lorsque :

    on permute deux lignes,

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    On ne change pas la solution dun systme linaire lorsque :

    on permute deux lignes,

    on permute deux colonnes,

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    On ne change pas la solution dun systme linaire lorsque :

    on permute deux lignes,

    on permute deux colonnes,

    on multiplie une ligne par un rel non nul,

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    On ne change pas la solution dun systme linaire lorsque :

    on permute deux lignes,

    on permute deux colonnes,

    on multiplie une ligne par un rel non nul,

    on ajoute une ligne une autre.

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    Proprits

    On ne change pas la solution dun systme linaire lorsque :

    on permute deux lignes,

    on permute deux colonnes,

    on multiplie une ligne par un rel non nul,

    on ajoute une ligne une autre.

    Nous allons donc utiliser ces transformations pour se ramener uncas simple.

    Proprits

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    Proprits

    On ne change pas la solution dun systme linaire lorsque :

    on permute deux lignes,

    on permute deux colonnes,

    on multiplie une ligne par un rel non nul,

    on ajoute une ligne une autre.

    Nous allons donc utiliser ces transformations pour se ramener uncas simple.

    ! Ces proprits sont vraies dansIR pas dansIF

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    Principe gnral des

    algorithmes

    Les matrices triangulai

    Algorithme de remont

    Mthodes

    Mthodes (suite)

    Ce quil reste faire

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

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    Principe gnral des algorithmes

    Les matrices triangulaires

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    Les matrices triangulaires

    Pour certaines matrices, il est simple de calculer une solution.Dfinition Une matriceA = (aij )1i,jn est triangulairesuprieure (respectivement infrieure) si

    i, j t.q. j > i (resp. j > i)

    aij = 0Si A est une matrice triangulaire suprieure, et si aucun lmentdiagonal nest nul, la solution du systme Ax = b est :

    xn =

    bn

    ann

    xi =bi

    nj=i+1 aij xj

    aii

    Si A est une matrice triangulaire infrieure, et si aucun lment

    diagonal nest nul, la solution du systme Ax = b est :

    x1 =b1

    a11

    xi =bi

    i1j=1 aij xj

    aii

    Algorithme de remonte

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    algorithmes

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    Algorithme de remont

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    Ce quil reste faire

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

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    Principe gnral des algorithmes - p. 8/51

    Algorithme de remonte

    Dans le cas des matrices triangulaires suprieures, lalgorithme estdonc le suivant.

    Donnees : A = (A[i, j])1i,jn, b = (b[i])1indebut

    x[n] b[n]

    A[n,n]

    pour i = n 1 . . . 1 fairesum 0pour k = i + 1 . . . n faire

    sum sum + A[i, k] x[k]x[i] b[i]sum

    A[i,i]

    fin

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    Ce quil reste faire

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    Conditionnement

    Principe gnral des algorithmes - p. 8/51

    Algorithme de remonte

    Dans le cas des matrices triangulaires suprieures, lalgorithme estdonc le suivant.

    Donnees : A = (A[i, j])1i,jn, b = (b[i])1indebut

    x[n] b[n]

    A[n,n]

    pour i = n 1 . . . 1 fairesum 0pour k = i + 1 . . . n faire

    sum sum + A[i, k] x[k]x[i] b[i]sum

    A[i,i]

    fin

    partir dun systme dquations linaires quelconques,

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    Forme matricielle de la

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    Principe gnral des algorithmes - p. 8/51

    Algorithme de remonte

    Dans le cas des matrices triangulaires suprieures, lalgorithme estdonc le suivant.

    Donnees : A = (A[i, j])1i,jn, b = (b[i])1indebut

    x[n] b[n]

    A[n,n]

    pour i = n 1 . . . 1 fairesum 0pour k = i + 1 . . . n faire

    sum sum + A[i, k] x[k]x[i] b[i]sum

    A[i,i]

    fin

    partir dun systme dquations linaires quelconques,on triangularise le systme,

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    Algorithme de remonte

    Dans le cas des matrices triangulaires suprieures, lalgorithme estdonc le suivant.

    Donnees : A = (A[i, j])1i,jn, b = (b[i])1indebut

    x[n] b[n]

    A[n,n]

    pour i = n 1 . . . 1 fairesum 0pour k = i + 1 . . . n faire

    sum sum + A[i, k] x[k]x[i] b[i]sum

    A[i,i]

    fin

    partir dun systme dquations linaires quelconques,on triangularise le systme,on rsout le systme triangulaire,

    Algorithme de remonte

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    go t e de e o te

    Dans le cas des matrices triangulaires suprieures, lalgorithme estdonc le suivant.

    Donnees : A = (A[i, j])1i,jn, b = (b[i])1indebut

    x[n] b[n]

    A[n,n]

    pour i = n 1 . . . 1 fairesum 0pour k = i + 1 . . . n faire

    sum sum + A[i, k] x[k]x[i] b[i]sum

    A[i,i]

    fin

    partir dun systme dquations linaires quelconques,on triangularise le systme,on rsout le systme triangulaire,

    pour cela on utilise des permutations de lignes et de colonnes etdes combinaisons linaires de lignes.

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    Principe gnral des algorithmes - p. 9/51

    Pour rsoudre le systme Ax = b, il faut appliquer les modifications la fois la matrice A et au vecteur b.Il y a deux cas possibles :

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    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Principe gnral des algorithmes - p. 9/51

    Pour rsoudre le systme Ax = b, il faut appliquer les modifications la fois la matrice A et au vecteur b.Il y a deux cas possibles :

    On souhaite rsoudre une seule quation Ax = b.

    Mthodes

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    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    algorithmes

    Les matrices triangulai

    Algorithme de remont

    Mthodes

    Mthodes (suite)

    Ce quil reste faire

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Principe gnral des algorithmes - p. 9/51

    Pour rsoudre le systme Ax = b, il faut appliquer les modifications la fois la matrice A et au vecteur b.Il y a deux cas possibles :

    On souhaite rsoudre une seule quation Ax = b.On travaille sur la matrice [A b] qui a n lignes et n + 1 colonnes

    Cest llimination de GAUSS

    Mthodes

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    algorithmes

    Les matrices triangulai

    Algorithme de remont

    Mthodes

    Mthodes (suite)

    Ce quil reste faire

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Principe gnral des algorithmes - p. 9/51

    Pour rsoudre le systme Ax = b, il faut appliquer les modifications la fois la matrice A et au vecteur b.Il y a deux cas possibles :

    On souhaite rsoudre une seule quation Ax = b.On travaille sur la matrice [A b] qui a n lignes et n + 1 colonnes

    Cest llimination de GAUSS

    Pour rsoudre le systme, il fautUne triangularisation,

    Une remonte (solution dun systme triangulaire).

    Mthodes (suite)

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    algorithmes

    Les matrices triangulai

    Algorithme de remont

    Mthodes

    Mthodes (suite)

    Ce quil reste faire

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Principe gnral des algorithmes - p. 10/51

    On doit rsoudre plusieurs systmes avec la mme matriceAx = b1. . . Ax = bk.

    Mthodes (suite)

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    Mthodes

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    Ce quil reste faire

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Principe gnral des algorithmes - p. 10/51

    On doit rsoudre plusieurs systmes avec la mme matriceAx = b1. . . Ax = bk.

    On dcompose A en produit de deux matrices triangulaires (Uest suprieure et L infrieure) :

    A = L U

    Mthodes (suite)

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    Les matrices triangulai

    Algorithme de remont

    Mthodes

    Mthodes (suite)

    Ce quil reste faire

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Principe gnral des algorithmes - p. 10/51

    On doit rsoudre plusieurs systmes avec la mme matriceAx = b1. . . Ax = bk.

    On dcompose A en produit de deux matrices triangulaires (Uest suprieure et L infrieure) :

    A = L U

    Une rsolution se fait grce deux systmes triangulaires

    Axk = bk

    Lyk = bkU xk = yk

    Cest la dcomposition LU

    Mthodes (suite)

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    Les matrices triangulai

    Algorithme de remont

    Mthodes

    Mthodes (suite)

    Ce quil reste faire

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Principe gnral des algorithmes - p. 10/51

    On doit rsoudre plusieurs systmes avec la mme matriceAx = b1. . . Ax = bk.

    On dcompose A en produit de deux matrices triangulaires (Uest suprieure et L infrieure) :

    A = L U

    Une rsolution se fait grce deux systmes triangulaires

    Axk = bk

    Lyk = bkU xk = yk

    Cest la dcomposition LU

    Il faut une triangularisation pour prparer la matrice etdeux remontes par vecteur bk.

    Ce quil reste faire

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    algorithmes

    Les matrices triangulai

    Algorithme de remont

    Mthodes

    Mthodes (suite)

    Ce quil reste faire

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Principe gnral des algorithmes - p. 11/51

    Comment triangulariser ?

    Ce quil reste faire

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    Les matrices triangulai

    Algorithme de remont

    Mthodes

    Mthodes (suite)

    Ce quil reste faire

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Principe gnral des algorithmes - p. 11/51

    Comment triangulariser ?

    Quelles conditions ?

    Ce quil reste faire

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    algorithmes

    Les matrices triangulai

    Algorithme de remont

    Mthodes

    Mthodes (suite)

    Ce quil reste faire

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Principe gnral des algorithmes - p. 11/51

    Comment triangulariser ?

    Quelles conditions ?

    Que faire pour les matrices singulires ?

    Ce quil reste faire

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    Les matrices triangulai

    Algorithme de remont

    Mthodes

    Mthodes (suite)

    Ce quil reste faire

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Principe gnral des algorithmes - p. 11/51

    Comment triangulariser ?

    Quelles conditions ?

    Que faire pour les matrices singulires ?

    Que faire pour les matrices rectangulaires ?

    Ce quil reste faire

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    algorithmes

    Les matrices triangulai

    Algorithme de remont

    Mthodes

    Mthodes (suite)

    Ce quil reste faire

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Principe gnral des algorithmes - p. 11/51

    Comment triangulariser ?

    Quelles conditions ?

    Que faire pour les matrices singulires ?

    Que faire pour les matrices rectangulaires ?

    Conditionnement du problme ?

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    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    algorithmes

    Triangularisation

    Triangularisation simpl

    Triangularisation

    Algorithme de triangul

    limination de GAUSS

    Exemple

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Triangularisation - p. 12/51

    Triangularisation

    Triangularisation simple

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    Principe gnral desalgorithmes

    Triangularisation

    Triangularisation simpl

    Triangularisation

    Algorithme de triangul

    limination de GAUSS

    Exemple

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Triangularisation - p. 13/51

    Contrairement ce quon dit parfois, cette mthode a t rapportepour la premire fois par CHANG TSANG au 2e sicle avant JC. Onlappelle aussi mthode fang-cheng.

    La mthode utilise :la multiplication par un scalaire

    la somme de deux lignes.

    Le but de la mthode est dannuler progressivement les coefficientsqui se trouvent sous la diagonale.

    Triangularisation

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    Triangularisation

    Triangularisation simpl

    Triangularisation

    Algorithme de triangul

    limination de GAUSS

    Exemple

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Triangularisation - p. 14/51

    On commence avec A une matrice n lignes et m colonnes

    Triangularisation

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    Principe gnral desalgorithmes

    Triangularisation

    Triangularisation simpl

    Triangularisation

    Algorithme de triangul

    limination de GAUSS

    Exemple

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Triangularisation - p. 14/51

    On commence avec A une matrice n lignes et m colonnes

    Il y a n tapes :

    Triangularisation

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    Triangularisation

    Triangularisation simpl

    Triangularisation

    Algorithme de triangul

    limination de GAUSS

    Exemple

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Triangularisation - p. 14/51

    On commence avec A une matrice n lignes et m colonnes

    Il y a n tapes :

    ltape k, on annule sous la diagonale les coefficients de lacolonne k :

    Triangularisation

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    Triangularisation

    Triangularisation simpl

    Triangularisation

    Algorithme de triangul

    limination de GAUSS

    Exemple

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Triangularisation - p. 14/51

    On commence avec A une matrice n lignes et m colonnes

    Il y a n tapes :

    ltape k, on annule sous la diagonale les coefficients de lacolonne k :

    On appelle ke pivot (p(k)) le coefficient de la diagonalep(k) = ak,k

    chaque ligne i > k on soustrait la ligne k multiplie par ai,kp(k)

    :

    q = ai,k

    j,k j m on faitai,j = ai,j ak,j .

    q

    p(k)

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    Triangularisation

    Triangularisation simpl

    Triangularisation

    Algorithme de triangul

    limination de GAUSS

    Exemple

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Triangularisation - p. 14/51

    On commence avec A une matrice n lignes et m colonnes

    Il y a n tapes :

    ltape k, on annule sous la diagonale les coefficients de lacolonne k :

    On appelle ke pivot (p(k)) le coefficient de la diagonalep(k) = ak,k

    chaque ligne i > k on soustrait la ligne k multiplie par ai,kp(k)

    :

    q = ai,k

    j,k j m on faitai,j = ai,j ak,j .

    q

    p(k)

    Par dfinition i > k lorsque j = k on fait lopration :

    ai,k = ai,k ai,k= 0

    en pratique il ne faut pascalculer ces coefficients pour viterles erreurs de calcul.

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    Triangularisation

    Triangularisation simpl

    Triangularisation

    Algorithme de triangul

    limination de GAUSS

    Exemple

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Triangularisation - p. 14/51

    On commence avec A une matrice n lignes et m colonnes

    Il y a n tapes :

    ltape k, on annule sous la diagonale les coefficients de lacolonne k :

    On appelle ke pivot (p(k)) le coefficient de la diagonalep(k) = ak,k

    chaque ligne i > k on soustrait la ligne k multiplie par ai,kp(k)

    :

    q = ai,k

    j,k j m on faitai,j = ai,j ak,j .

    q

    p(k)

    Par dfinition i > k lorsque j = k on fait lopration :

    ai,k = ai,k ai,k= 0

    en pratique il ne faut pascalculer ces coefficients pour viterles erreurs de calcul.

    Lalgorithme ne fonctionne pas si lun des pivots est nul.

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    Triangularisation - p. 15/51

    Donnees : A = (A[i, j]),n le nb de lignes,m le nb de colonnesdebut

    pour k = 1 . . . n fairep A[k, k]

    pour i = k + 1 . . . n faire

    q A[i, k]A[i, k] 0

    pour j = k + 1 . . . m faire

    A[i, j] = A[i, j] A[k, j].

    q

    p

    fin

    retourner A la matricetriangulaire

    Algorithme de triangularisation

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    Triangularisation - p. 15/51

    Donnees : A = (A[i, j]),

    n le nb de lignes,m le nb de colonnesdebut

    pour k = 1 . . . n fairep A[k, k]

    pour i = k + 1 . . . n faire

    q A[i, k]A[i, k] 0

    pour j = k + 1 . . . m faire

    A[i, j] = A[i, j] A[k, j].

    q

    p

    fin

    retourner A la matricetriangulaire

    A

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    Triangularisation - p. 15/51

    Donnees : A = (A[i, j]),

    n le nb de lignes,m le nb de colonnesdebut

    pour k = 1 . . . n fairep A[k, k]

    pour i = k + 1 . . . n faire

    q A[i, k]A[i, k] 0

    pour j = k + 1 . . . m faire

    A[i, j] = A[i, j] A[k, j].

    q

    p

    fin

    retourner A la matricetriangulaire

    A(k1)

    0

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    Triangularisation - p. 15/51

    Donnees : A = (A[i, j]),

    n le nb de lignes,m le nb de colonnesdebut

    pour k = 1 . . . n fairep A[k, k]

    pour i = k + 1 . . . n faire

    q A[i, k]A[i, k] 0

    pour j = k + 1 . . . m faire

    A[i, j] = A[i, j] A[k, j].

    q

    p

    fin

    retourner A la matricetriangulaire

    0

    p(1)

    p(k1)

    a12. . .

    a1k. . .

    a1

    akk+1 akakk

    ak+1k+1 ak+1ak+1k

    ... ... . . . ...

    ank ank+1 an

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    Triangularisation - p. 15/51

    Donnees : A = (A[i, j]),

    n le nb de lignes,m le nb de colonnesdebut

    pour k = 1 . . . n fairep A[k, k]

    pour i = k + 1 . . . n faire

    q A[i, k]A[i, k] 0

    pour j = k + 1 . . . m faireA

    [i, j

    ] =A

    [i, j

    ] A

    [k, j

    ]. q

    p

    fin

    retourner A la matricetriangulaire

    0

    p(1)

    p(k1)

    a12. . .

    a1k. . .

    a1

    akk+1 akakk

    ak+1k+1 ak+1ak+1k

    ... ... . . . ...

    ank ank+1 an

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    Triangularisation - p. 15/51

    Donnees : A = (A[i, j]),

    n le nb de lignes,m le nb de colonnesdebut

    pour k = 1 . . . n fairep A[k, k]

    pour i = k + 1 . . . n faire

    q A[i, k]A[i, k] 0

    pour j = k + 1 . . . m faireA

    [i, j

    ] =A

    [i, j

    ] A

    [k, j

    ]. q

    p

    fin

    retourner A la matricetriangulaire

    0

    p(1)

    p(k1)

    a12. . .

    a1k. . .

    a1

    akk+1 akp

    ak+1k+1 ak+1ak+1k

    ... ... . . . ...

    ank ank+1 an

    Algorithme de triangularisation

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    Triangularisation - p. 15/51

    Donnees : A = (A[i, j]),

    n le nb de lignes,m le nb de colonnesdebut

    pour k = 1 . . . n fairep A[k, k]

    pour i = k + 1 . . . n faire

    q A[i, k]A[i, k] 0

    pour j = k + 1 . . . m faireA

    [i, j

    ] =A

    [i, j

    ] A

    [k, j

    ]. q

    p

    fin

    retourner A la matricetriangulaire

    0

    p(1)

    p(k1)

    a12. . .

    a1k . . .

    a1

    akk+1 akp

    ak+1k+1 ak+1ak+1k

    ... ... . . . ...

    ank ank+1 an

    Algorithme de triangularisation

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    Triangularisation - p. 15/51

    Donnees : A = (A[i, j]),

    n le nb de lignes,m le nb de colonnesdebut

    pour k = 1 . . . n fairep A[k, k]

    pour i = k + 1 . . . n faire

    q A[i, k]A[i, k] 0

    pour j = k + 1 . . . m faireA

    [i, j

    ] =A

    [i, j

    ] A

    [k, j

    ]. q

    p

    fin

    retourner A la matricetriangulaire

    0

    p(1)

    p(k1)

    a12. . .

    a1k . . .

    a1

    akk+1 akp

    ak+1k+1 ak+1q

    ... ... . . . ...

    ank ank+1 an

    Algorithme de triangularisation

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    Triangularisation - p. 15/51

    Donnees : A = (A[i, j]),

    n le nb de lignes,m le nb de colonnesdebut

    pour k = 1 . . . n fairep A[k, k]

    pour i = k + 1 . . . n faire

    q A[i, k]A[i, k] 0

    pour j = k + 1 . . . m faireA[i, j] = A[i, j] A[k, j]. q

    p

    fin

    retourner A la matricetriangulaire

    0

    p(1)

    p(k1)

    a12. . .

    a1k . . .

    a1

    akk+1 akp

    ak+1k+1 ak+10

    ... ... . . . ...

    ank ank+1 an

    Algorithme de triangularisation

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    Triangularisation - p. 15/51

    Donnees : A = (A[i, j]),

    n le nb de lignes,m le nb de colonnesdebut

    pour k = 1 . . . n fairep A[k, k]

    pour i = k + 1 . . . n faire

    q A[i, k]A[i, k] 0

    pour j = k + 1 . . . m faireA[i, j] = A[i, j] A[k, j]. q

    p

    fin

    retourner A la matricetriangulaire

    0

    p(1)

    p(k1)

    a12. . .

    a1k . . .

    a1

    akk+1 akp

    0 a

    k+1k+1ak+1

    ... ... . . . ...

    ank ank+1 an

    Algorithme de triangularisation

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    Triangularisation - p. 15/51

    Donnees : A = (A[i, j]),

    n le nb de lignes,m le nb de colonnesdebut

    pour k = 1 . . . n fairep A[k, k]

    pour i = k + 1 . . . n faire

    q A[i, k]A[i, k] 0

    pour j = k + 1 . . . m faireA[i, j] = A[i, j] A[k, j]. q

    p

    fin

    retourner A la matricetriangulaire

    0

    p(1)

    p(k1)

    a12. . . a

    1k . . .

    a1

    akk+1 akp

    0 a

    k+1k+1 a

    k+1

    ... ... . . . ...ank ank+1 an

    Algorithme de triangularisation

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    Triangularisation - p. 15/51

    Donnees : A = (A[i, j]),

    n le nb de lignes,m le nb de colonnesdebut

    pour k = 1 . . . n fairep A[k, k]

    pour i = k + 1 . . . n faire

    q A[i, k]A[i, k] 0

    pour j = k + 1 . . . m faireA[i, j] = A[i, j] A[k, j]. q

    p

    fin

    retourner A la matricetriangulaire

    0

    p

    (1)

    p(k1)

    a12

    . . . a1k . . . a

    1

    akk+1 akp

    0 a

    k+1k+1 a

    k+1

    ... ... . . . ...

    0 a

    nk+1 a

    n

    limination de GAUSS

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    Proprits mathmatiq

    Principe gnral desalgorithmes

    Triangularisation

    Triangularisation simpl

    Triangularisation

    Algorithme de triangul

    limination de GAUSS

    Exemple

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Triangularisation - p. 16/51

    Pour rsoudre lquation Ax = b (n quations, n inconnues).

    limination de GAUSS

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    Proprits mathmatiq

    Principe gnral desalgorithmes

    Triangularisation

    Triangularisation simpl

    Triangularisation

    Algorithme de triangul

    limination de GAUSS

    Exemple

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Triangularisation - p. 16/51

    Pour rsoudre lquation Ax = b (n quations, n inconnues).Construire la matrice [Ab] (n colonnes n + 1 lignes).

    limination de GAUSS

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    Proprits mathmatiq

    Principe gnral desalgorithmes

    Triangularisation

    Triangularisation simpl

    Triangularisation

    Algorithme de triangul

    limination de GAUSS

    Exemple

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Triangularisation - p. 16/51

    Pour rsoudre lquation Ax = b (n quations, n inconnues).Construire la matrice [Ab] (n colonnes n + 1 lignes).

    Triangulariser la matrice.

    limination de GAUSS

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    Proprits mathmatiq

    Principe gnral desalgorithmes

    Triangularisation

    Triangularisation simpl

    Triangularisation

    Algorithme de triangul

    limination de GAUSS

    Exemple

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Triangularisation - p. 16/51

    Pour rsoudre lquationAx

    =b

    (n

    quations,n

    inconnues).Construire la matrice [Ab] (n colonnes n + 1 lignes).

    Triangulariser la matrice.

    Appliquer lalgorithme de remonte

    limination de GAUSS

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    Principe gnral desalgorithmes

    Triangularisation

    Triangularisation simpl

    Triangularisation

    Algorithme de triangul

    limination de GAUSS

    Exemple

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Triangularisation - p. 16/51

    Pour rsoudre lquation Ax=

    b (n quations, n inconnues).

    Construire la matrice [Ab] (n colonnes n + 1 lignes).

    Triangulariser la matrice.

    Appliquer lalgorithme de remonte

    2 n3

    3 oprations pour la triangularisation, n2 pour la remonte.

    P it th ti

    limination de GAUSS

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    Principe gnral desalgorithmes

    Triangularisation

    Triangularisation simpl

    Triangularisation

    Algorithme de triangul

    limination de GAUSS

    Exemple

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Triangularisation - p. 16/51

    Pour rsoudre lquation Ax=

    b (n quations, n inconnues).

    Construire la matrice [Ab] (n colonnes n + 1 lignes).

    Triangulariser la matrice.

    Appliquer lalgorithme de remonte

    2 n3

    3 oprations pour la triangularisation, n2 pour la remonte.

    Par exemple :

    1 2 3

    1 1 2

    1 1 1

    x =

    4

    5

    6

    Proprits mathmatiq

    Exemple

    triangularisation

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    Proprits mathmatiq

    Principe gnral desalgorithmes

    Triangularisation

    Triangularisation simpl

    Triangularisation

    Algorithme de triangul

    limination de GAUSS

    Exemple

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Triangularisation - p. 17/51

    triangularisation

    1 2 3

    1 1 2

    1 1 1

    Proprits mathmatiq

    Exemple

    triangularisation

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    Proprits mathmatiq

    Principe gnral desalgorithmes

    Triangularisation

    Triangularisation simpl

    Triangularisation

    Algorithme de triangul

    limination de GAUSS

    Exemple

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Triangularisation - p. 17/51

    triangularisation

    1 2 3 4

    1 1 2 5

    1 1 1 6

    Proprits mathmatiq

    Exemple

    triangularisation

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    Proprits mathmatiq

    Principe gnral desalgorithmes

    Triangularisation

    Triangularisation simpl

    Triangularisation

    Algorithme de triangul

    limination de GAUSS

    Exemple

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Triangularisation - p. 17/51

    triangularisation

    1 2 3 4

    1 1 2 5

    1 1 1 6

    1 2 3 4

    0 1 1 1

    0 1 2 2

    Proprits mathmatiq

    Exemple

    triangularisation

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    p q

    Principe gnral desalgorithmes

    Triangularisation

    Triangularisation simpl

    Triangularisation

    Algorithme de triangul

    limination de GAUSS

    Exemple

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Triangularisation - p. 17/51

    triangularisation

    1 2 3 4

    1 1 2 5

    1 1 1 6

    1 2 3 4

    0 1 1 1

    0 1 2 2

    1 2 3 4

    0 1 1 1

    0 0 1 1

    Proprits mathmatiq

    Exemple

    triangularisation remonte

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    Principe gnral desalgorithmes

    Triangularisation

    Triangularisation simpl

    Triangularisation

    Algorithme de triangul

    limination de GAUSS

    Exemple

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Triangularisation - p. 17/51

    triangularisation

    1 2 3 4

    1 1 2 5

    1 1 1 6

    1 2 3 4

    0 1 1 1

    0 1 2 2

    1 2 3 4

    0 1 1 1

    0 0 1 1

    remonte

    Proprits mathmatiq

    Exemple

    triangularisation remonte

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    Principe gnral desalgorithmes

    Triangularisation

    Triangularisation simpl

    Triangularisation

    Algorithme de triangul

    limination de GAUSS

    Exemple

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Triangularisation - p. 17/51

    triangularisation

    1 2 3 4

    1 1 2 5

    1 1 1 6

    1 2 3 4

    0 1 1 1

    0 1 2 2

    1 2 3 4

    0 1 1 1

    0 0 1 1

    remonte

    x3 =1

    1= 1

    Proprits mathmatiq

    Exemple

    triangularisation remonte

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    Principe gnral desalgorithmes

    Triangularisation

    Triangularisation simpl

    Triangularisation

    Algorithme de triangul

    limination de GAUSS

    Exemple

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Triangularisation - p. 17/51

    t a gu a sat o

    1 2 3 4

    1 1 2 5

    1 1 1 6

    1 2 3 4

    0 1 1 1

    0 1 2 2

    1 2 3 4

    0 1 1 1

    0 0 1 1

    remonte

    x3 =1

    1= 1

    x2 =1 (1 (1))

    1= 0

    Proprits mathmatiq

    Exemple

    triangularisation remonte

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    Principe gnral desalgorithmes

    Triangularisation

    Triangularisation simpl

    Triangularisation

    Algorithme de triangul

    limination de GAUSS

    Exemple

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Triangularisation - p. 17/51

    g

    1 2 3 4

    1 1 2 5

    1 1 1 6

    1 2 3 4

    0 1 1 1

    0 1 2 2

    1 2 3 4

    0 1 1 1

    0 0 1 1

    x3 =1

    1= 1

    x2 =1 (1 (1))

    1= 0

    x1 =

    4 (3 (1) + 2 0)

    1= 7

    Proprits mathmatiq

    Exemple

    triangularisation remonte

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    Principe gnral desalgorithmes

    Triangularisation

    Triangularisation simpl

    Triangularisation

    Algorithme de triangul

    limination de GAUSS

    Exemple

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Triangularisation - p. 17/51

    g

    1 2 3 4

    1 1 2 5

    1 1 1 6

    1 2 3 4

    0 1 1 1

    0 1 2 2

    1 2 3 4

    0 1 1 1

    0 0 1 1

    x3 =1

    1= 1

    x2 =1 (1 (1))

    1= 0

    x1 =

    4 (3 (1) + 2 0)

    1= 7

    Donc

    x = 70

    1

    Proprits mathmatiq

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    Principe gnral desalgorithmes

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Dcomposition LU

    Calcul de la matriceL

    Inverse de la matrice

    Calcul deL

    Calcul deL (suite)

    Algorithme

    Exemple

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Forme matricielle de la triangularisation - p. 18/51

    Forme matricielle de la triangularisation

    Proprits mathmatiq

    Dcomposition LU

    Pour prparer la matrice on souhaite la factoriser en deux

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    Principe gnral desalgorithmes

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Dcomposition LU

    Calcul de la matriceL

    Inverse de la matrice

    Calcul deL

    Calcul deL (suite)

    Algorithme

    Exemple

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Forme matricielle de la triangularisation - p. 19/51

    matrices triangulaires :

    A =

    L

    11

    .. . 1

    Up1

    p2

    .. .p3

    Pour construire L et U on utilise llimination de GAUSS en sesouvenant des oprations faites.

    Proprits mathmatiq

    Dcomposition LU

    Pour prparer la matrice on souhaite la factoriser en deux

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    Principe gnral des

    algorithmes

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Dcomposition LU

    Calcul de la matriceL

    Inverse de la matrice

    Calcul deL

    Calcul deL (suite)

    Algorithme

    Exemple

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Forme matricielle de la triangularisation - p. 19/51

    matrices triangulaires :

    A =

    L

    11

    .. . 1

    Up1

    p2

    .. .p3

    Pour construire L et U on utilise llimination de GAUSS en sesouvenant des oprations faites.En effet la fin de la triangularisation, on obtient U :

    0BBBBBBBB@

    1CCCCCCCCA

    A

    Proprits mathmatiq

    Dcomposition LU

    Pour prparer la matrice on souhaite la factoriser en deux

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    Principe gnral des

    algorithmes

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Dcomposition LU

    Calcul de la matriceL

    Inverse de la matrice

    Calcul deL

    Calcul deL (suite)

    Algorithme

    Exemple

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Forme matricielle de la triangularisation - p. 19/51

    matrices triangulaires :

    A =

    L

    11

    .. . 1

    Up1

    p2

    .. .p3

    Pour construire L et U on utilise llimination de GAUSS en sesouvenant des oprations faites.En effet la fin de la triangularisation, on obtient U :

    0BBBBBBBB@

    1CCCCCCCCA

    p1

    A

    Proprits mathmatiq

    Dcomposition LU

    Pour prparer la matrice on souhaite la factoriser en deux

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    Principe gnral des

    algorithmes

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Dcomposition LU

    Calcul de la matriceL

    Inverse de la matrice

    Calcul deL

    Calcul deL (suite)

    Algorithme

    Exemple

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Forme matricielle de la triangularisation - p. 19/51

    matrices triangulaires :

    A =

    L

    11

    .. . 1

    Up1

    p2

    .. .p3

    Pour construire L et U on utilise llimination de GAUSS en sesouvenant des oprations faites.En effet la fin de la triangularisation, on obtient U :

    0BBBBBBBB@

    1CCCCCCCCA

    p1

    p2

    A

    Proprits mathmatiq

    P i i l d

    Dcomposition LU

    Pour prparer la matrice on souhaite la factoriser en deux

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    Principe gnral des

    algorithmes

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Dcomposition LU

    Calcul de la matriceL

    Inverse de la matrice

    Calcul deL

    Calcul deL (suite)

    Algorithme

    Exemple

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Forme matricielle de la triangularisation - p. 19/51

    matrices triangulaires :

    A =

    L

    11

    .. . 1

    U

    p1

    p2

    .. .p3

    Pour construire L et U on utilise llimination de GAUSS en sesouvenant des oprations faites.En effet la fin de la triangularisation, on obtient U :

    0BBBBBBBB@

    1CCCCCCCCA

    p1

    p2

    ...pn

    U

    Proprits mathmatiq

    P i i l d

    Dcomposition LU

    Pour prparer la matrice on souhaite la factoriser en deux

    http://www.polytech.upmc.fr/http://www.upmc.fr/
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    Principe gnral des

    algorithmes

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Dcomposition LU

    Calcul de la matriceL

    Inverse de la matrice

    Calcul deL

    Calcul deL (suite)

    Algorithme

    Exemple

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Forme matricielle de la triangularisation - p. 19/51

    matrices triangulaires :

    A =

    L

    11

    .. . 1

    U

    p1

    p2

    .. .p3

    Pour construire L et U on utilise llimination de GAUSS en sesouvenant des oprations faites.En effet la fin de la triangularisation, on obtient U :

    0BBBBBBBB@

    1CCCCCCCCA

    p1

    p2

    ...pn

    U

    Une tape de llimination revient multiplier A par une matriceM(k) quelle est la forme de cette matrice ?

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    Soientke colonne

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    Principe gnral des

    algorithmes

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Dcomposition LU

    Calcul de la matriceL

    Inverse de la matrice

    Calcul deL

    Calcul deL (suite)

    Algorithme

    Exemple

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Forme matricielle de la triangularisation - p. 20/51

    mki = aikakk

    et M(k) =

    1 . . .1

    . . . 1

    mkk+1...mkn

    k colonne

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    Soientke colonne

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    Principe gnral des

    algorithmes

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Dcomposition LU

    Calcul de la matriceL

    Inverse de la matrice

    Calcul deL

    Calcul deL (suite)

    Algorithme

    Exemple

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Forme matricielle de la triangularisation - p. 20/51

    mki = aikakk

    et M(k) =

    1 . . .1

    . . . 1

    mkk+1...mkn

    Alors :

    A =

    0BBBBBBBB@

    1CCCCCCCCAA

    Proprits mathmatiq

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    Soientke colonne

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    Principe gnral des

    algorithmes

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Dcomposition LU

    Calcul de la matriceL

    Inverse de la matrice

    Calcul deL

    Calcul deL (suite)

    Algorithme

    Exemple

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Forme matricielle de la triangularisation - p. 20/51

    mki = aikakk

    et M(k) =

    1 . . .1

    . . . 1

    mkk+1...mkn

    Alors :

    0BBBBBBBB@

    1CCCCCCCCA

    11

    ...

    1

    M(1)A =

    0BBBBBBBB@

    1CCCCCCCCA

    p

    1

    A(1)

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    Soientke colonne

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    p g

    algorithmes

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Dcomposition LU

    Calcul de la matriceL

    Inverse de la matrice

    Calcul deL

    Calcul deL (suite)

    Algorithme

    Exemple

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Forme matricielle de la triangularisation - p. 20/51

    mki = aikakk

    et M(k) =

    1 . . .1

    . . . 1

    mkk+1...mkn

    Alors :

    0BBBBBBBB@

    1CCCCCCCCA

    11

    ...

    1M(2)

    0BBBBBBBB@

    1CCCCCCCCA

    11

    ...

    1

    M(1)A =

    0BBBBBBBB@

    1CCCCCCCCA

    p

    1

    p2 A(2)

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    Soientke colonne

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    algorithmes

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Dcomposition LU

    Calcul de la matriceL

    Inverse de la matrice

    Calcul deL

    Calcul deL (suite)

    Algorithme

    Exemple

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Forme matricielle de la triangularisation - p. 20/51

    mki = aikakk

    et M(k) =

    1 . . .1

    . . . 1

    mkk+1...mkn

    Alors :

    0BBBBBBBB@

    1CCCCCCCCA

    1

    ...

    1

    1M(n1)

    0BBBBBBBB@

    1CCCCCCCCA

    1

    1

    ...

    1M(2)

    0BBBBBBBB@

    1CCCCCCCCA

    1

    1

    ...

    1

    M(1)A =

    0BBBBBBBB@

    1CCCCCCCCA

    p

    1

    p2

    ...pn

    U

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    Soientke colonne

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    algorithmes

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Dcomposition LU

    Calcul de la matriceL

    Inverse de la matrice

    Calcul deL

    Calcul deL (suite)

    Algorithme

    Exemple

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Forme matricielle de la triangularisation - p. 20/51

    mki = aikakk

    et M(k) =

    1 . . .1

    .. . 1

    mkk+1...mkn

    Alors :

    0BBBBBBBB@

    1CCCCCCCCA

    1

    ...

    1

    1M(n1)

    0BBBBBBBB@

    1CCCCCCCCA

    1

    1

    ...

    1M(2)

    0BBBBBBBB@

    1CCCCCCCCA

    1

    1

    ...

    1

    M(1)A =

    0BBBBBBBB@

    1CCCCCCCCA

    p

    1

    p2

    ...pn

    U

    Nous avons doncM A = U

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    Calcul de la matrice L

    A-t-on obtenu les matrices U et L de la dcomposition ?

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    algorithmes

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Dcomposition LU

    Calcul de la matriceLInverse de la matrice

    Calcul deL

    Calcul deL (suite)

    Algorithme

    Exemple

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Forme matricielle de la triangularisation - p. 21/51

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    l ith

    Calcul de la matrice L

    A-t-on obtenu les matrices U et L de la dcomposition ?

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    algorithmes

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Dcomposition LU

    Calcul de la matriceLInverse de la matrice

    Calcul deL

    Calcul deL (suite)

    Algorithme

    Exemple

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Forme matricielle de la triangularisation - p. 21/51

    le produit de deux matrices triangulaires infrieures esttriangulaire infrieure,Linverse dune matrice triangulaire infrieure est une matricetriangulaire infrieure.

    Lorsquelle existe la dcomposition est unique.Cela nous prouve que la matrice U obtenue est celle de ladcomposition LU et que la matrice M est linverse de la matrice Lrecherche.

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    algorithmes

    Calcul de la matrice L

    A-t-on obtenu les matrices U et L de la dcomposition ?

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    algorithmes

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Dcomposition LU

    Calcul de la matriceLInverse de la matrice

    Calcul deL

    Calcul deL (suite)

    Algorithme

    Exemple

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Forme matricielle de la triangularisation - p. 21/51

    le produit de deux matrices triangulaires infrieures esttriangulaire infrieure,Linverse dune matrice triangulaire infrieure est une matricetriangulaire infrieure.

    Lorsquelle existe la dcomposition est unique.Cela nous prouve que la matrice U obtenue est celle de ladcomposition LU et que la matrice M est linverse de la matrice Lrecherche.

    Pour calculer la matrice L il faut :

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    algorithmes

    Calcul de la matrice L

    A-t-on obtenu les matrices U et L de la dcomposition ?

    l d i d d i i l i i f i

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    algorithmes

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Dcomposition LU

    Calcul de la matriceLInverse de la matrice

    Calcul deL

    Calcul deL (suite)

    Algorithme

    Exemple

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Forme matricielle de la triangularisation - p. 21/51

    le produit de deux matrices triangulaires infrieures esttriangulaire infrieure,Linverse dune matrice triangulaire infrieure est une matricetriangulaire infrieure.

    Lorsquelle existe la dcomposition est unique.Cela nous prouve que la matrice U obtenue est celle de ladcomposition LU et que la matrice M est linverse de la matrice Lrecherche.

    Pour calculer la matrice L il faut :

    Inverser les M(i),

    Calculer le produit :

    L = M(1)1

    M(2)1

    M(3)1

    M(n1)1

    Inverse de la matrice M(i)

    On peut montrer que :

    ie l

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    Forme matricielle de la triangularisation - p. 22/51

    1. . .1

    . .. 1X

    ie colonne

    1. . .1

    . .. 1Y

    je colonne

    =

    1. . .

    1

    1. . .

    1X+

    Y

    ie colonne

    si i = j

    1. . .1. . .

    1.

    . . 1

    X

    Y

    ie colonne je colonne

    si i < j

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    algorithmes

    Calcul de L

    Donc M(k) est inversible dinverse L(k) avec : 1

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    algorithmes

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Dcomposition LU

    Calcul de la matriceLInverse de la matrice

    Calcul deL

    Calcul deL (suite)

    Algorithme

    Exemple

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Forme matricielle de la triangularisation - p. 23/51

    M(k) =

    1 . . .1

    . . . 1

    mkk+1

    mkn

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    algorithmes

    Calcul de L

    Donc M(k) est inversible dinverse L(k) avec : 1

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    g

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Dcomposition LU

    Calcul de la matriceLInverse de la matrice

    Calcul deL

    Calcul deL (suite)

    Algorithme

    Exemple

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Forme matricielle de la triangularisation - p. 23/51

    M(k) =

    1 . . .1

    . . . 1

    mkk+1

    mkn

    L(k) =

    1. . .

    1

    . . .1

    mkk+1

    mkn

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    algorithmes

    Calcul de L (suite)

    La matrice L de la dcomposition est :

    L L(1) L(2) L(n1)

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    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Dcomposition LU

    Calcul de la matriceLInverse de la matrice

    Calcul deL

    Calcul deL (suite)

    Algorithme

    Exemple

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Forme matricielle de la triangularisation - p. 24/51

    L = L(1) L(2) L(n 1)

    =

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    algorithmes

    Calcul de L (suite)

    La matrice L de la dcomposition est :

    L = L(1) L(2) L(n1)

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    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Dcomposition LU

    Calcul de la matriceLInverse de la matrice

    Calcul deL

    Calcul deL (suite)

    Algorithme

    Exemple

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Forme matricielle de la triangularisation - p. 24/51

    L = L( ) L( ) L( )

    =

    1

    m12 1

    . . . 1 mkk+1 1

    ...

    . . . 1

    m1n . . . mkn . . . mn1n 1

    Rappel : les mki sont les coefficients de llimination de GAUSS

    m

    k

    i =

    aik

    akk

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    algorithmes

    Algorithme

    Donnees : A = (A[i, j]), n le nombre de lignes et colonnesdebut

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    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Dcomposition LU

    Calcul de la matriceLInverse de la matrice

    Calcul deL

    Calcul deL (suite)

    Algorithme

    Exemple

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Forme matricielle de la triangularisation - p. 25/51

    debut

    pour k = 1 . . . n fairep A[k, k]pour i = k + 1 . . . n faire

    q A[i, k]A[i, k] 0

    pour j = k + 1 . . . n faireA[i, j] = A[i, j] A[k, j]. q

    p

    finretourner

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    algorithmes

    Algorithme

    Donnees : A = (A[i, j]), n le nombre de lignes et colonnesdebut

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    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Dcomposition LU

    Calcul de la matriceLInverse de la matrice

    Calcul deL

    Calcul deL (suite)

    Algorithme

    Exemple

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Forme matricielle de la triangularisation - p. 25/51

    debut

    U A

    pour k = 1 . . . n fairep U[k, k]pour i = k + 1 . . . n faire

    q U[i, k]U[i, k] 0

    pour j = k + 1 . . . n faireU[i, j] = U[i, j] U[k, j]. q

    p

    finretourner U la matrice triangulaire sup erieure,

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    algorithmes

    Algorithme

    Donnees : A = (A[i, j]), n le nombre de lignes et colonnesdebut

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    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Dcomposition LU

    Calcul de la matriceLInverse de la matrice

    Calcul deL

    Calcul deL (suite)

    Algorithme

    Exemple

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Forme matricielle de la triangularisation - p. 25/51

    debut

    U AL Ipour k = 1 . . . n faire

    p U[k, k]pour i = k + 1 . . . n faire

    q U[i, k]U[i, k] 0

    L[i, k] qppour j = k + 1 . . . n faire

    U[i, j] = U[i, j] U[k, j]. qp

    finretourner U la matrice triangulaire sup erieure,L la matrice triangulaire inf erieure

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    algorithmes

    Exemple

    Dcomposition de la matrice1 2 3

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    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Dcomposition LU

    Calcul de la matriceLInverse de la matrice

    Calcul deL

    Calcul deL (suite)

    Algorithme

    Exemple

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Forme matricielle de la triangularisation - p. 26/51

    1 2 3

    1 1 2

    1 1 1

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    algorithmes

    Exemple

    Dcomposition de la matrice1 2 3

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    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Dcomposition LU

    Calcul de la matriceLInverse de la matrice

    Calcul deL

    Calcul deL (suite)

    Algorithme

    Exemple

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Forme matricielle de la triangularisation - p. 26/51

    3

    1 1 2

    1 1 1

    U(0) =

    1 2 3

    1 1 2

    1 1 1

    L(0) =

    1 0 0

    0 1 0

    0 0 1

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    algorithmes

    Exemple

    Dcomposition de la matrice1 2 3

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    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Dcomposition LU

    Calcul de la matriceLInverse de la matrice

    Calcul deL

    Calcul deL (suite)

    Algorithme

    Exemple

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Forme matricielle de la triangularisation - p. 26/51

    1 1 2

    1 1 1

    U(0) =

    1 2 3

    1 1 2

    1 1 1

    L(0) =

    1 0 0

    0 1 0

    0 0 1

    U(1) =

    1 2 30 1 10 1 2

    L(1) = 1 0 01 1 0

    1 0 1

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    algorithmes

    Exemple

    Dcomposition de la matrice1 2 3

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    102/191

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Dcomposition LU

    Calcul de la matriceLInverse de la matrice

    Calcul deL

    Calcul deL (suite)

    Algorithme

    Exemple

    Conditions

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Forme matricielle de la triangularisation - p. 26/51

    1 1 2

    1 1 1

    U(0) =

    1 2 3

    1 1 2

    1 1 1

    L(0) =

    1 0 0

    0 1 0

    0 0 1

    U(1) =

    1 2 30 1 10 1 2

    L(1) = 1 0 01 1 01 0 1

    U(2) = 1 2 30 1 1

    0 0 1

    L(2) = 1 0 01 1 01 1 1

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    algorithmes

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    103/191

    Triangularisation

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Conditions

    Pivots nuls

    Exemple

    Exemple (suite)

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Conditions - p. 27/51

    Conditions

    Conditions

    Cet algorithme est applicable sur A ssi tous les pivotsp(k) sont non nuls.

    Comment tre sur que ces pivots ne seront pas nuls ?

    http://www.polytech.upmc.fr/http://www.upmc.fr/
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    104/191

    Conditions - p. 28/51

    Conditions

    Cet algorithme est applicable sur A ssi tous les pivotsp(k) sont non nuls.

    Comment tre sur que ces pivots ne seront pas nuls ?

    http://www.polytech.upmc.fr/http://www.upmc.fr/
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    105/191

    Conditions - p. 28/51

    Thorme Llimination de GAUSS fonctionne sur une matriceA = (aij )1i,jn si et seulement si toutes ses matrices principales ( en coin )

    Ak = (aij )1i,jk sont inversibles

    a11 a12

    a21 a22

    a13

    a23a31 a32 a33

    . . .

    . . .

    . . .

    ......

    .... . .

    a1n

    a2na3n

    ...

    an1 an2 an3 . . . ann

    Conditions

    Cet algorithme est applicable sur A ssi tous les pivotsp(k) sont non nuls.

    Comment tre sur que ces pivots ne seront pas nuls ?

    http://www.polytech.upmc.fr/http://www.upmc.fr/
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    106/191

    Conditions - p. 28/51

    Thorme Llimination de GAUSS fonctionne sur une matriceA = (aij )1i,jn si et seulement si toutes ses matrices principales ( en coin )

    Ak = (aij )1i,jk sont inversibles

    a11 a12

    a21 a22

    a13

    a23a31 a32 a33

    . . .

    . . .

    . . .

    ......

    .... . .

    a1n

    a2na3n

    ...

    an1 an2 an3 . . . ann

    A1

    Conditions

    Cet algorithme est applicable sur A ssi tous les pivotsp(k) sont non nuls.

    Comment tre sur que ces pivots ne seront pas nuls ?

    http://www.polytech.upmc.fr/http://www.upmc.fr/
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    107/191

    Conditions - p. 28/51

    Thorme Llimination de GAUSS fonctionne sur une matriceA = (aij )1i,jn si et seulement si toutes ses matrices principales ( en coin )

    Ak = (aij )1i,jk sont inversibles

    a11 a12

    a21 a22

    a13

    a23a31 a32 a33

    . . .

    . . .

    . . .

    ......

    .... . .

    a1n

    a2na3n

    ...

    an1 an2 an3 . . . ann

    A2

    Conditions

    Cet algorithme est applicable sur A ssi tous les pivotsp(k) sont non nuls.

    Comment tre sur que ces pivots ne seront pas nuls ?

    http://www.polytech.upmc.fr/http://www.upmc.fr/
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    108/191

    Conditions - p. 28/51

    Thorme Llimination de GAUSS fonctionne sur une matriceA = (aij )1i,jn si et seulement si toutes ses matrices principales ( en coin )

    Ak = (aij )1i,jk sont inversibles

    a11 a12

    a21 a22

    a13

    a23a31 a32 a33

    . . .

    . . .

    . . .

    ......

    .... . .

    a1n

    a2na3n

    ...

    an1 an2 an3 . . . ann

    A3

    Conditions

    Cet algorithme est applicable sur A ssi tous les pivotsp(k) sont non nuls.

    Comment tre sur que ces pivots ne seront pas nuls ?

    http://www.polytech.upmc.fr/http://www.upmc.fr/
  • 8/6/2019 cours2-meth_dir_sys_lin (1)

    109/191

    Conditions - p. 28/51

    Thorme Llimination de GAUSS fonctionne sur une matriceA = (aij )1i,jn si et seulement si toutes ses matrices principales ( en coin )

    Ak = (aij )1i,jk sont inversibles

    a11 a12

    a21

    a22

    a13

    a23

    a31 a32 a33

    . . .

    . . .

    . . .

    ......

    .... . .

    a1n

    a2n

    a3n

    ...

    an1 an2 an3 . . . ann

    A4

    Conditions

    Cet algorithme est applicable sur A ssi tous les pivotsp(k) sont non nuls.

    Comment tre sur que ces pivots ne seront pas nuls ?

    http://www.polytech.upmc.fr/http://www.upmc.fr/
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    Conditions - p. 28/51

    Thorme Llimination de GAUSS fonctionne sur une matriceA = (aij )1i,jn si et seulement si toutes ses matrices principales ( en coin )

    Ak = (aij )1i,jk sont inversibles

    a11 a12

    a21

    a22

    a13

    a23

    a31 a32 a33

    . . .

    . . .

    . . .

    ......

    .... . .

    a1n

    a2n

    a3n

    ...

    an1 an2 an3 . . . ann

    An = A

    Conditions

    Cet algorithme est applicable sur A ssi tous les pivotsp(k) sont non nuls.

    Comment tre sur que ces pivots ne seront pas nuls ?

    http://www.polytech.upmc.fr/http://www.upmc.fr/
  • 8/6/2019 cours2-meth_dir_sys_lin (1)

    111/191

    Conditions - p. 28/51

    Thorme Llimination de GAUSS fonctionne sur une matriceA = (aij )1i,jn si et seulement si toutes ses matrices principales ( en coin )

    Ak = (aij )1i,jk sont inversibles

    a11 a12

    a21

    a22

    a13

    a23

    a31 a32 a33

    . . .

    . . .

    . . .

    ......

    .... . .

    a1n

    a2n

    a3n

    ...

    an1 an2 an3 . . . ann

    Cela ne donne pas de moyen priori pour savoir si la mthode fonctionne.

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    algorithmes

    Triangularisation

    Pivots nuls

    Le fait quune matrice principale Ak ne soit pas inversible ne signifiepasque la matrice A nest pas inversible.

    http://www.polytech.upmc.fr/http://www.upmc.fr/
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    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Conditions

    Pivots nuls

    Exemple

    Exemple (suite)

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Conditions - p. 29/51

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    algorithmes

    Triangularisation

    Pivots nuls

    Le fait quune matrice principale Ak ne soit pas inversible ne signifiepasque la matrice A nest pas inversible.

    Par exemple :

    http://www.polytech.upmc.fr/http://www.upmc.fr/
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    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Conditions

    Pivots nuls

    Exemple

    Exemple (suite)

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Conditions - p. 29/51

    Par exemple :

    0 11 1

    1 1 01 1 10 1 1

    ces matrices sont inversibles et peuvent tre triangularises par

    une mthode un peu plus complexe.

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    algorithmes

    Triangularisation

    Pivots nuls

    Le fait quune matrice principale Ak ne soit pas inversible ne signifiepasque la matrice A nest pas inversible.

    Par exemple :

    http://www.polytech.upmc.fr/http://www.upmc.fr/
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    114/191

    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Conditions

    Pivots nuls

    Exemple

    Exemple (suite)

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Conditions - p. 29/51

    Par exemple :

    0 11 1

    1 1 01 1 10 1 1

    ces matrices sont inversibles et peuvent tre triangularises par

    une mthode un peu plus complexe.

    Lavis du mathmaticien :

    si un pivot est nul, alors on permute deux lignes

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    algorithmes

    Triangularisation

    Pivots nuls

    Le fait quune matrice principale Ak ne soit pas inversible ne signifiepasque la matrice A nest pas inversible.

    Par exemple :

    http://www.polytech.upmc.fr/http://www.upmc.fr/
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    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Conditions

    Pivots nuls

    Exemple

    Exemple (suite)

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Conditions - p. 29/51

    Par exemple :

    0 11 1

    1 1 01 1 10 1 1

    ces matrices sont inversibles et peuvent tre triangularises par

    une mthode un peu plus complexe.

    Lavis du mathmaticien :

    si un pivot est nul, alors on permute deux lignes

    car :Thorme Si tous les pivots possibles sont nuls alors la matriceest singulire

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    algorithmes

    Triangularisation

    Pivots nuls

    Le fait quune matrice principale Ak ne soit pas inversible ne signifiepasque la matrice A nest pas inversible.

    Par exemple :

    http://www.polytech.upmc.fr/http://www.upmc.fr/
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    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Conditions

    Pivots nuls

    Exemple

    Exemple (suite)

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Conditions - p. 29/51

    Par exemple :

    0 11 1

    1 1 01 1 10 1 1

    ces matrices sont inversibles et peuvent tre triangularises par

    une mthode un peu plus complexe.

    Lavis du mathmaticien :

    si un pivot est nul, alors on permute deux lignes

    car :Thorme Si tous les pivots possibles sont nuls alors la matriceest singulire

    Pourquoi cela nest-il pas satisfaisant ?

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    algorithmes

    Triangularisation

    Exemple

    En modifiant lgrement la matrice prcdente :

    1 1 01 1 1

    x =

    01

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    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Conditions

    Pivots nuls

    Exemple

    Exemple (suite)

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Conditions - p. 30/51

    1 1 10 1 1

    x = 12

    La solution est(1, 1, 1).

    Appliquons la mthode de triangularisation avec 4 chiffresdcimaux de prcision en arrondi au plus prs.

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    algorithmes

    Triangularisation

    Exemple

    En modifiant lgrement la matrice prcdente :

    13 13 01 1 1

    x =

    01

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    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Conditions

    Pivots nuls

    Exemple

    Exemple (suite)

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Conditions - p. 30/51

    1 1 10 1 1

    x 12

    La solution est(1, 1, 1).

    Appliquons la mthode de triangularisation avec 4 chiffresdcimaux de prcision en arrondi au plus prs.

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    algorithmes

    Triangularisation

    Exemple

    En modifiant lgrement la matrice prcdente :

    13 13 01 1 1

    x =

    01

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    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Conditions

    Pivots nulsExemple

    Exemple (suite)

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Conditions - p. 30/51

    1 1 10 1 1

    x 12

    La solution est(1, 1, 1).

    Appliquons la mthode de triangularisation avec 4 chiffresdcimaux de prcision en arrondi au plus prs. La matrice A

    devient :

    A =

    13

    13 0

    1 1 1

    0 1 1

    Proprits mathmatiq

    Principe gnral des

    algorithmes

    Triangularisation

    F t i i ll d l

    Exemple

    En modifiant lgrement la matrice prcdente :

    13

    13 0

    1 1 1

    x = 01

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    Forme matricielle de la

    triangularisation

    Conditions

    Conditions

    Pivots nulsExemple

    Exemple (suite)

    Recherche de pivots m

    Conditionnement

    Conditions - p. 30/51

    0 1 1

    2

    La solution est(1, 1, 1).

    Appliquons la mthode de triangularisation avec 4 chiffresdcimaux de prcision en arrondi au plus prs. La matrice A

    devient :

    A =

    0.3333 0.3333 0

    1 1 1

    0 1 1

    Exemple (suite)

    0.3333 0.3333 01 1 10 1 1

    x =

    012

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    121/191

    Conditions - p. 31/51

    Exemple (suite)

    0.3333 0.3333 00 1+0.9999 10 1 1

    x =

    012

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    122/191

    Conditions - p. 31/51

    Exemple (suite)

    0.3333 0.3333 00 1E 4 10 1 1

    x =

    012

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    123/191

    Conditions - p. 31/51

    Exemple (suite)

    0.3333 0.3333 00 1E 4 10 1 1

    x =

    012

    0 3333 0 3333 0

    0

    http://www.polytech.upmc.fr/http://www.upmc.fr/
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