Метод Гаусса решения СЛАУ

Введение

Численные методы являются одним из мощных математических средств решения задачи. Простейшие численные методы мы используем всюду, например, извлекая квадратный корень на листке бумаги. Есть задачи, где без достаточно сложных численных методов не удалось бы получить ответа; классический пример – открытие Нептуна по аномалиям движения Урана.

Системы линейных алгебраических уравнений возникают как  промежуточный или окончательный этап при решении ряда прикладных задач, описываемых дифференциальными, интегральными или системами нелинейных (трансцендентных) уравнений. Они могут появляться как этап в задачах математического программирования, статистической обработки данных, аппроксимации функций, при дискретизации краевых дифференциальных задач методом конечных разностей, методом конечных элементов, проекционными методами, в методе граничных элементов, дискретных особенностей, панельном методе аэродинамической компоновки летательного аппарата и т.д.

Матрицы возникающих систем могут иметь различные структуры и свойства. Уже сейчас имеется потребность в решении систем линейных алгебраических уравнений с матрицами полного заполнения порядка нескольких тысяч. При решении ряда прикладных задач методом конечных элементов в ряде случаев появляются системы, обладающие симметричными положительно определёнными ленточными матрицами порядка несколько десятков тысяч с половиной ширины ленты до тысячи. И, наконец, при использовании в ряде задач метода конечных разностей необходимо решить системы разностных уравнений с разрежёнными матрицами порядка миллион.

Одним из самых распространенных методов решения систем линейных алгебраических уравнений является метод Гаусса. Этот метод (который также называют методом последовательного замещения неизвестных) известен в различных вариантах уже более 2000 лет. Первое известное описание данного метода - в китайском трактате «Математика в девяти книгах», составленном между I в. до н.э. и II в. н. э.