1. DEF: Złe uwarunkowanie zadania
Jeśli niewielkie względne zmiany danych powodują dużę względne odkształcenia wyników, to zadanie nazywamy źle uwarunkowanym.
2. Przykład (obliczanie wartości funkcji)
Zbadajmy uwarunkowanie zadania obliczania wartości funkcji f ( x ) ≠ 0 f(x) \neq 0 f ( x ) = 0 w punkcie x x x . W tym celu zaburzymy dane x x x , x ~ = x ( 1 + δ ) = x + x δ \widetilde{x} = x(1 + \delta) = x + x\delta x = x ( 1 + δ ) = x + x δ . Oszacujmy względną zmianę wyniku.
∣ f ( x ~ ) − f ( x ) ∣ ∣ f ( x ) ∣ = ∣ f ( x + x δ ) − f ( x ) ∣ ∣ f ( x ) ∣ ≈ ∣ f ′ ( x ) ⋅ x δ ∣ ∣ f ( x ) ∣ = c o n d ( x ) ∣ δ ∣
\frac{|f(\widetilde{x}) - f(x)|}{|f(x)|} = \frac{|f(x + x\delta) - f(x)|}{|f(x)|} \approx \frac{|f'(x)\cdot x \delta|}{|f(x)|} = cond(x) |\delta|
∣ f ( x ) ∣ ∣ f ( x ) − f ( x ) ∣ = ∣ f ( x ) ∣ ∣ f ( x + x δ ) − f ( x ) ∣ ≈ ∣ f ( x ) ∣ ∣ f ′ ( x ) ⋅ x δ ∣ = c o n d ( x ) ∣ δ ∣
c o n d ( x ) = ∣ f ′ ( x ) ⋅ x ∣ ∣ f ( x ) ∣ cond(x) = \frac{|f'(x) \cdot x|}{|f(x)|} c o n d ( x ) = ∣ f ( x ) ∣ ∣ f ′ ( x ) ⋅ x ∣ jest wskaźnikiem uwarunkowania zadania.
Jeśli c o n d ( x ) \bold{cond(x)} c o n d ( x ) jest mały (∣ f ′ ( x ) ∣ \bold{|f'(x)|} ∣ f ′ ( x ) ∣ jest mała), to zadanie jest dobrze uwarunkowane.
3. DEF: Wskaźniki uwarunkowania
Wielkości charakteryzujące wpływ zaburzeń danych na odkształcenia wyników nazywamy wskaźnikami uwarunkowania .
4. Przykład (iloczyn skalarny)
Mamy:
S ( a , b ) = ∑ i = 1 n a i b i ≠ 0 S(a,b) = \sum_{i=1}^{n} a_i b_i \neq 0 S ( a , b ) = ∑ i = 1 n a i b i = 0
a = ( a 1 , … , a n ) a = (a_1, \dots, a_n) a = ( a 1 , … , a n )
b = ( b 1 , … , b n ) b = (b_1, \dots, b_n) b = ( b 1 , … , b n )
Zaburzamy dane:
a ~ = ( a 1 ( 1 + α 1 ) , … , a n ( 1 + α n ) ) \widetilde{a} = (a_1(1 + \alpha_1), \dots, a_n(1 + \alpha_n)) a = ( a 1 ( 1 + α 1 ) , … , a n ( 1 + α n ) )
b ~ = ( b 1 ( 1 + β 1 ) , … , b n ( 1 + β n ) ) \widetilde{b} = (b_1(1 + \beta_1), \dots, b_n(1 + \beta_n)) b = ( b 1 ( 1 + β 1 ) , … , b n ( 1 + β n ) )
Oszacujmy względną zmianę wyniku:
∣ S ( a ~ , b ~ ) − S ( a , b ) ∣ ∣ S ( a , b ) ∣ = ∣ ∑ i = 1 n a i b i ( 1 + α i ) ( 1 + β i ) − ∑ i = 1 n a i b i ∣ ∣ ∑ i = 1 n a i b i ∣ = ∣ ∑ i = 1 n a i b i ( 1 + α i + β i + α i β i ) − ∑ i = 1 n a i b i ∣ ∣ ∑ i = 1 n a i b i ∣ ≈ ≈ ∣ ∑ i = 1 n a i b i ( α i + β i ) ∣ ∣ ∑ i = 1 n a i b i ∣ ≤ max 1 ≤ i ≤ n ∣ α i + β i ∣ ∑ i = 1 n ∣ a i b i ∣ ∣ ∑ i = 1 n a i b i ∣ = c o n d ( a , b ) ⋅ max 1 ≤ i ≤ n ∣ α i + β i ∣
\frac{|S(\widetilde{a}, \widetilde{b}) - S(a,b)|}{|S(a,b)|} = \frac{|\sum_{i=1}^{n} a_i b_i (1 + \alpha_i)(1 + \beta_i) - \sum_{i=1}^{n} a_i b_i|}{|\sum_{i=1}^{n} a_i b_i|}\\
= \frac{|\sum_{i=1}^{n} a_i b_i(1 + \alpha_i + \beta_i + \alpha_i\beta_i) - \sum_{i=1}^{n} a_i b_i|}{|\sum_{i=1}^{n} a_i b_i|} \approx\\
\approx \frac{|\sum_{i=1}^{n} a_i b_i(\alpha_i + \beta_i)|}{|\sum_{i=1}^{n} a_i b_i|}\\
\le \max_{1 \le i \le n} |\alpha_i + \beta_i|\frac{\sum_{i=1}^{n} |a_i b_i|}{|\sum_{i=1}^{n} a_i b_i|} = cond(a,b) \cdot \max_{1 \le i \le n}|\alpha_i + \beta_i|
∣ S ( a , b ) ∣ ∣ S ( a , b ) − S ( a , b ) ∣ = ∣ ∑ i = 1 n a i b i ∣ ∣ ∑ i = 1 n a i b i ( 1 + α i ) ( 1 + β i ) − ∑ i = 1 n a i b i ∣ = ∣ ∑ i = 1 n a i b i ∣ ∣ ∑ i = 1 n a i b i ( 1 + α i + β i + α i β i ) − ∑ i = 1 n a i b i ∣ ≈ ≈ ∣ ∑ i = 1 n a i b i ∣ ∣ ∑ i = 1 n a i b i ( α i + β i ) ∣ ≤ 1 ≤ i ≤ n max ∣ α i + β i ∣ ∣ ∑ i = 1 n a i b i ∣ ∑ i = 1 n ∣ a i b i ∣ = c o n d ( a , b ) ⋅ 1 ≤ i ≤ n max ∣ α i + β i ∣
Jeśli a i , b i a_i, b_i a i , b i , i = 1 , … , n i = 1, \dots, n i = 1 , … , n są tego samego znaku, wówczas c o n d ( a , b ) = 1 cond(a,b) = 1 c o n d ( a , b ) = 1 i zadanie jest dobrze uwarunkowane.
5. Normy wektorów
5.1. Definicja
Normą w R n \mathbb{R}^n R n nazywamy funkcję rzeczywistą o własnościach:
∣ ∣ x ∣ ∣ ≥ 0 ||x|| \ge 0 ∣ ∣ x ∣ ∣ ≥ 0 , ∣ ∣ x ∣ ∣ = 0 ⇔ x = 0 ||x|| = 0 \Leftrightarrow x = 0 ∣ ∣ x ∣ ∣ = 0 ⇔ x = 0
∣ ∣ α x ∣ ∣ = ∣ α ∣ ∣ ∣ x ∣ ∣ ||\alpha x|| = |\alpha|||x|| ∣ ∣ α x ∣ ∣ = ∣ α ∣ ∣ ∣ x ∣ ∣ , α ∈ R , x ∈ R n \alpha \in \mathbb{R},~ x \in \mathbb{R}^n α ∈ R , x ∈ R n
∣ ∣ x + y ∣ ∣ ≤ ∣ ∣ x ∣ ∣ + ∣ ∣ y ∣ ∣ ||x + y|| \le ||x|| + ||y|| ∣ ∣ x + y ∣ ∣ ≤ ∣ ∣ x ∣ ∣ + ∣ ∣ y ∣ ∣ , x , y ∈ R n x,y \in \mathbb{R}^n x , y ∈ R n
5.1.1. Przykład
Mamy x = ( x 1 , … , x n ) x = (x_1, \dots, x_n) x = ( x 1 , … , x n ) .
Norma sumacyjna: ∣ ∣ x ∣ ∣ 1 = ∑ i = 1 n ∣ x i ∣ ||x||_1 = \sum_{i=1}^{n} |x_i| ∣ ∣ x ∣ ∣ 1 = ∑ i = 1 n ∣ x i ∣
Norma euklidesowa: ∣ ∣ x ∣ ∣ 2 = ∑ i = 1 n x i 2 ||x||_2 = \sqrt{\sum_{i=1}^{n} x_i^2} ∣ ∣ x ∣ ∣ 2 = ∑ i = 1 n x i 2
Norma maksymalna: ∣ ∣ x ∣ ∣ ∞ = max 1 ≤ i ≤ n ∣ x i ∣ ||x||_\infty = \max_{1\le i \le n}|x_i| ∣ ∣ x ∣ ∣ ∞ = max 1 ≤ i ≤ n ∣ x i ∣
(Julia lang ) norm(A, p::Real=2)
z pakietu LinearAlgebra
6. Normy macierzy
6.1. Definicja
Normą w R m × n \mathbb{R}^{m\times n} R m × n nazywamy funkcję rzeczywistą o własnościach:
∣ ∣ A ∣ ∣ ≥ 0 ||A|| \ge 0 ∣ ∣ A ∣ ∣ ≥ 0 , ∣ ∣ A ∣ ∣ = 0 ⇔ A = 0 ||A|| = 0 \Leftrightarrow A = 0 ∣ ∣ A ∣ ∣ = 0 ⇔ A = 0
∣ ∣ α A ∣ ∣ = ∣ α ∣ ∣ ∣ A ∣ ∣ ||\alpha A|| = |\alpha|||A|| ∣ ∣ α A ∣ ∣ = ∣ α ∣ ∣ ∣ A ∣ ∣ , α ∈ R , A ∈ R m × n \alpha \in \mathbb{R}, A \in \mathbb{R}^{m\times n} α ∈ R , A ∈ R m × n
∣ ∣ A + B ∣ ∣ ≤ ∣ ∣ A ∣ ∣ + ∣ ∣ B ∣ ∣ ||A + B|| \le ||A|| + ||B|| ∣ ∣ A + B ∣ ∣ ≤ ∣ ∣ A ∣ ∣ + ∣ ∣ B ∣ ∣ , A , B ∈ R m × n A,B \in \mathbb{R}^{m\times n} A , B ∈ R m × n
6.2. Normy
Ważną podklasę norm macierzy stanowią normy macierzy indukowane przez normy wektorów definiowane jako ∣ ∣ A ∣ ∣ = sup { ∣ ∣ A x ∣ ∣ : x ∈ R n , ∣ ∣ x ∣ ∣ = 1 }
||A|| = \sup\{ ||Ax||: x \in \mathbb{R}^n,~ ||x|| = 1 \}
∣ ∣ A ∣ ∣ = sup { ∣ ∣ A x ∣ ∣ : x ∈ R n , ∣ ∣ x ∣ ∣ = 1 }
Z powyższego wynika następująca nierówność ∣ ∣ A x ∣ ∣ ≤ ∣ ∣ A ∣ ∣ ∣ ∣ x ∣ ∣
||Ax|| \le ||A||~ ||x||
∣ ∣ A x ∣ ∣ ≤ ∣ ∣ A ∣ ∣ ∣ ∣ x ∣ ∣
6.2.1. Przykład
Mamy A ∈ R m × n A \in \mathbb{R}^{m\times n} A ∈ R m × n .
∣ ∣ A ∣ ∣ 1 = max 1 ≤ j ≤ n ∑ i = 1 m ∣ a i j ∣ ||A||_1 = \max_{1 \le j \le n} \sum_{i=1}^{m} |a_{ij}| ∣ ∣ A ∣ ∣ 1 = max 1 ≤ j ≤ n ∑ i = 1 m ∣ a i j ∣
Norma spektralna: ∣ ∣ A ∣ ∣ − 2 = λ max ( A T A ) ||A||-2 = \sqrt{\lambda_{\max} (A^T A)} ∣ ∣ A ∣ ∣ − 2 = λ m a x ( A T A ) , gdzie λ max \lambda_{\max} λ m a x jest maksymalną wartością własną macierzy A T A A^T A A T A .
∣ ∣ A ∣ ∣ ∞ = max 1 ≤ i ≤ m ∑ j = 1 n ∣ a i j ∣ ||A||_\infty = \max_{1\le i \le m} \sum_{j=1}^{n} |a_{ij}| ∣ ∣ A ∣ ∣ ∞ = max 1 ≤ i ≤ m ∑ j = 1 n ∣ a i j ∣
(Julia lang ) norm(A, p::Real=2)
z pakietu LinearAlgebra
6.3. Przykład (A x = b Ax = b A x = b )
Zbadajmy uwarunkowanie zadania rozwiązywania układu równań liniowych A x = b
Ax = b
A x = b
o danej nieosobliwej macierzy A ( n × n ) A~ (n\times n) A ( n × n ) i o niezerowym wektorze b b b .
Zaburzymy wektor b b b otrzymując b ~ = ( b 1 ( 1 + δ 1 ) , … , b n ( 1 + δ n ) ) \tilde{b} = (b_1 (1+\delta_1), \dots, b_n(1 + \delta_n)) b ~ = ( b 1 ( 1 + δ 1 ) , … , b n ( 1 + δ n ) ) . Jeśli x x x oraz x ~ \tilde{x} x ~ spełniają A x = b Ax = b A x = b oraz A x ~ = b ~ A\tilde{x} = \tilde{b} A x ~ = b ~ , to oszacujmy względną zmianę wyniku.
∣ ∣ x − x ~ ∣ ∣ = ∣ ∣ A − 1 b − A − 1 b ~ ∣ ∣ = ∣ ∣ A − 1 ( b − b ~ ) ∣ ∣ ≤ ∣ ∣ A − 1 ∣ ∣ ∣ ∣ b − b ~ ∣ ∣ = ∣ ∣ A − 1 ∣ ∣ ∣ ∣ b ∣ ∣ ∣ ∣ b − b ~ ∣ ∣ ∣ ∣ b ∣ ∣ = ∣ ∣ A − 1 ∣ ∣ ∣ ∣ A x ∣ ∣ ∣ ∣ b − b ~ ∣ ∣ b ∣ ∣ ≤ ∣ ∣ A − 1 ∣ ∣ ∣ ∣ x ∣ ∣ ∣ ∣ b − b ~ ∣ ∣ ∣ ∣ b ∣ ∣
||x - \tilde{x}|| = ||A^{-1}b - A^{-1}\tilde{b}|| = ||A^{-1}(b - \tilde{b})|| \le ||A^{-1}||~ ||b - \tilde{b}|| =\\
||A^{-1}||~||b||~\frac{||b - \tilde{b}||}{||b||} = ||A^{-1}||~||Ax|| \frac{||b-\tilde{b}}{||b||} \le ||A^{-1}||~||x||\frac{||b - \tilde{b}||}{||b||}
∣ ∣ x − x ~ ∣ ∣ = ∣ ∣ A − 1 b − A − 1 b ~ ∣ ∣ = ∣ ∣ A − 1 ( b − b ~ ) ∣ ∣ ≤ ∣ ∣ A − 1 ∣ ∣ ∣ ∣ b − b ~ ∣ ∣ = ∣ ∣ A − 1 ∣ ∣ ∣ ∣ b ∣ ∣ ∣ ∣ b ∣ ∣ ∣ ∣ b − b ~ ∣ ∣ = ∣ ∣ A − 1 ∣ ∣ ∣ ∣ A x ∣ ∣ ∣ ∣ b ∣ ∣ ∣ ∣ b − b ~ ≤ ∣ ∣ A − 1 ∣ ∣ ∣ ∣ x ∣ ∣ ∣ ∣ b ∣ ∣ ∣ ∣ b − b ~ ∣ ∣
∣ ∣ x − x ~ ∣ ∣ x ∣ ∣ ≤ ∣ ∣ A − 1 ∣ ∣ ∣ ∣ A ∣ ∣ ∣ ∣ b − b ~ ∣ ∣ ∣ ∣ b ∣ ∣ = c o n d ( A ) ∣ ∣ b − b ~ ∣ ∣ ∣ ∣ b ∣ ∣
\frac{||x - \tilde{x}}{||x||} \le \bold{||A^{-1}||~||A||} \frac{||b - \tilde{b}||}{||b||} = cond(A) \frac{||b - \tilde{b}||}{||b||}
∣ ∣ x ∣ ∣ ∣ ∣ x − x ~ ≤ ∣ ∣ A − 1 ∣ ∣ ∣ ∣ A ∣ ∣ ∣ ∣ b ∣ ∣ ∣ ∣ b − b ~ ∣ ∣ = c o n d ( A ) ∣ ∣ b ∣ ∣ ∣ ∣ b − b ~ ∣ ∣
Oczywiście c o n d ( A ) cond(A) c o n d ( A ) to wskaźnik uwarunkowania macierzy.
W Julia lang mamy cond(M, p::Real=2)
z pakietu LinearAlgebra
.
6.4. Przykład (Macierz Hilberta)
Przykładem macierzy bardzo źle uwarunkowanej jest macierz Hilberta H n = [ 1 i + j − 1 ] i , j = 1 n H_n = \left[\frac{1}{i + j - 1}\right]_{i,j=1}^{n} H n = [ i + j − 1 1 ] i , j = 1 n .
Wskaźniki c o n d ( H 6 ) ≈ 1.5 ⋅ 1 0 7 cond(H_6) \approx 1.5 \cdot 10^7 c o n d ( H 6 ) ≈ 1 . 5 ⋅ 1 0 7 , c o n d ( H 10 ) ≈ 1.6 ⋅ 1 0 13 cond(H_{10}) \approx 1.6 \cdot 10^{13} c o n d ( H 1 0 ) ≈ 1 . 6 ⋅ 1 0 1 3 .
6.5. Przykład (Zaburzenia macierzy w zadaniu A x = b Ax = b A x = b )
Rozważmy teraz uwarunkowanie zadania A x = b Ax = b A x = b ze względu na zaburzenia macierzy układu A ~ = A + δ A \tilde{A} = A + \delta A A ~ = A + δ A . Oszacujmy względną zmianę wyniku. Oszacowanie podamy bez dowodu.
Jeśli ∣ ∣ A ∣ ∣ ∣ ∣ δ A ∣ ∣ < 1 ||A||~||\delta A|| < 1 ∣ ∣ A ∣ ∣ ∣ ∣ δ A ∣ ∣ < 1 oraz ∣ ∣ l ∣ ∣ = 1 ||l|| = 1 ∣ ∣ l ∣ ∣ = 1 , to ∣ ∣ x − x ~ ∣ ∣ ∣ ∣ x ∣ ∣ ≤ ∣ ∣ A − 1 ∣ ∣ ∣ ∣ A ∣ ∣ ∣ ∣ A − A ~ ∣ ∣ ∣ ∣ A ∣ ∣ 1 − ∣ ∣ A − 1 ∣ ∣ ∣ ∣ A ∣ ∣ ∣ ∣ A − A ~ ∣ ∣ ∣ ∣ A ∣ ∣ = c o n d ( A ) ∣ ∣ A − A ~ ∣ ∣ ∣ ∣ A ∣ ∣ 1 − c o n d ( A ) ∣ ∣ A − A ~ ∣ ∣ ∣ ∣ A ∣ ∣ .
\frac{||x - \tilde{x}||}{||x||} \le \frac{||A^{-1}||~||A||\frac{||A - \tilde{A}||}{||A||}}{1 - ||A^{-1}||~||A||\frac{||A-\tilde{A}||}{||A||}} = \frac{cond(A)\frac{||A-\tilde{A}||}{||A||}}{1 - cond(A)\frac{||A-\tilde{A}||}{||A||}}.
∣ ∣ x ∣ ∣ ∣ ∣ x − x ~ ∣ ∣ ≤ 1 − ∣ ∣ A − 1 ∣ ∣ ∣ ∣ A ∣ ∣ ∣ ∣ A ∣ ∣ ∣ ∣ A − A ~ ∣ ∣ ∣ ∣ A − 1 ∣ ∣ ∣ ∣ A ∣ ∣ ∣ ∣ A ∣ ∣ ∣ ∣ A − A ~ ∣ ∣ = 1 − c o n d ( A ) ∣ ∣ A ∣ ∣ ∣ ∣ A − A ~ ∣ ∣ c o n d ( A ) ∣ ∣ A ∣ ∣ ∣ ∣ A − A ~ ∣ ∣ .
7. „Złośliwy wielomian” (Wilkinson)
Dany jest wielomian ω ( x ) = ∏ i = 1 20 ( x i − i ) = x 20 + a 19 x 19 + ⋯ + a 1 x + a 0
\omega(x) = \prod{i=1}^{20}(x_i - i) = x^{20} + a_{19}x^{19} + \dotsb + a_1x + a_0
ω ( x ) = ∏ i = 1 2 0 ( x i − i ) = x 2 0 + a 1 9 x 1 9 + ⋯ + a 1 x + a 0 gdzie a 19 = − 210 a_{19} = -210 a 1 9 = − 2 1 0 . Zaburzymy teraz a 19 a_{19} a 1 9 .
ω ϵ ( x ) = ω ( x ) − ϵ x 19 = x 20 − ( 210 + ϵ ) x 19 + ⋯ + a 1 x + a 0
\omega_\epsilon(x) = \omega(x) - \epsilon x^{19} = x^{20} - (210 + \epsilon)x^{19} + \dotsb + a_1 x + a_0
ω ϵ ( x ) = ω ( x ) − ϵ x 1 9 = x 2 0 − ( 2 1 0 + ϵ ) x 1 9 + ⋯ + a 1 x + a 0 gdzie ϵ = 2 − 23 \epsilon = 2^{-23} ϵ = 2 − 2 3 .
a 19 ( ϵ ) = − 210 − ϵ = a 19 ( 1 + 1 2 23 ⋅ 210 ) = a 19 ( 1 + δ )
a_{19}(\epsilon) = -210 - \epsilon = a_{19}\left( 1 + \frac{1}{2^{23}\cdot 210} \right) = a_{19}(1+\delta)
a 1 9 ( ϵ ) = − 2 1 0 − ϵ = a 1 9 ( 1 + 2 2 3 ⋅ 2 1 0 1 ) = a 1 9 ( 1 + δ ) względne zaburzenie δ < 2 − 30 \delta < 2^{-30} δ < 2 − 3 0 .
Dla tak niewielkiego względnego zaburzenia a 19 a_{19} a 1 9 wielomian ω ϵ ( x ) \omega_\epsilon(x) ω ϵ ( x ) ma zera zespolone.
7.1. Uwarunkowanie zadania ω ( x ) = 0 \omega(x) = 0 ω ( x ) = 0
Załóżmy, że ω ′ ( r ) ≠ 0 \omega'(r) \neq 0 ω ′ ( r ) = 0 , gdzie r r r jest pierwiastkiem ω \omega ω , tj. ω ( r ) = 0 \omega(r) = 0 ω ( r ) = 0 .
Zaburzymy ω \omega ω : ω ~ = ω − ϵ z
\tilde{\omega} = \omega - \epsilon z
ω ~ = ω − ϵ z gdzie z ∈ C 2 z \in C^2 z ∈ C 2 .
Pytanie: Jaki jest pierwiastek ω ~ \tilde{\omega} ω ~ , tj. r + h r + h r + h taki, że ω ~ ( r + h ) = 0 \tilde{\omega}(r+h) = 0 ω ~ ( r + h ) = 0 ?
Rozwijamy ω ~ \tilde{\omega} ω ~ w szereg Taylora: ω ( r ) + h ω ′ ( r ) + 1 2 h 2 ω ′ ′ ( η ) − ϵ ( z ( r ) + h z ′ ( r ) + 1 2 h 2 z ′ ′ ( ξ ) ) = 0.
\omega(r) + h\omega'(r) + \frac{1}{2}h^2\omega''(\eta) - \epsilon\left( z(r) + hz'(r) + \frac{1}{2}h^2z''(\xi) \right) = 0.
ω ( r ) + h ω ′ ( r ) + 2 1 h 2 ω ′ ′ ( η ) − ϵ ( z ( r ) + h z ′ ( r ) + 2 1 h 2 z ′ ′ ( ξ ) ) = 0 . Stąd h = ≈ ϵ z ( r ) ω ′ ( r ) − ϵ z ′ ( r ) ≈ ϵ z ( r ) ω ′ ( r ) .
h = \approx \epsilon\frac{z(r)}{\omega'(r) - \epsilon z'(r)} \approx \epsilon\frac{z(r)}{\omega'(r)}.
h = ≈ ϵ ω ′ ( r ) − ϵ z ′ ( r ) z ( r ) ≈ ϵ ω ′ ( r ) z ( r ) .
ω ( x ) = ∏ i = 1 20 ( x i − i )
\omega(x) = \prod_{i=1}^{20} (x_i - i)
ω ( x ) = i = 1 ∏ 2 0 ( x i − i )
Zaburzenie z ( x ) = ϵ x 19 z(x) = \epsilon x^{19} z ( x ) = ϵ x 1 9 , ϵ = 2 − 23 \epsilon = 2^{-23} ϵ = 2 − 2 3 .
Pytanie: jak powyższe zaburzenie wpływa na pierwiastek r = 20 r = 20 r = 2 0 ? h ≈ ϵ z ( 20 ) ω ′ ( 20 ) ≈ ϵ 2 0 19 19 ! ≈ ϵ 1 0 8 ≈ 102.76
h \approx \epsilon\frac{z(20)}{\omega'(20)} \approx \epsilon \frac{20^{19}}{19!} \approx \epsilon10^8 \approx 102.76
h ≈ ϵ ω ′ ( 2 0 ) z ( 2 0 ) ≈ ϵ 1 9 ! 2 0 1 9 ≈ ϵ 1 0 8 ≈ 1 0 2 . 7 6
7.1.1. Wniosek
Zadanie wyznaczania pierwiastków wielomianu jest źle uwarunkowane ze względu na zaburzenia współczynników.