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🛠️ LU 分解計算器(部分主元法)

專業免費的 LU 分解計算器(部分主元法)。純前端本機毫秒級計算、零資料上傳、極致隱私保護。提供詳細公式推導、實例示範與常見問答。

即時推算結果 (Computed Output)
-16
專業公認計算模型,即時運算完畢
📜 計算歷史記錄 (試算軌跡)
尚無歷史記錄,每次點擊「計算」將在此留下試算軌跡...

什麼是採用部分主元法的 LU 分解?

LU 分解是把一個方陣 A 拆解成下三角矩陣 L(對角線元素皆為 1)與上三角矩陣 U。在部分主元法(即列主元法)下,我們還會額外產生一個列置換向量 P,使得 P · A = L · U。主元選取會把該欄中絕對值最大的列交換到主元位置,藉此避免除以零,並大幅提升數值穩定性。這是純粹的線性代數運算,在世界各地的計算方式完全相同。

計算器使用說明

先選擇矩陣大小 n(2 到 5),逐列輸入方陣的各個元素,再選擇要顯示的有效位數。按下計算後,即可得到 L、U、主元向量 P(從 0 開始計數)以及行列式。超出所選大小範圍的儲存格會被自動忽略。

演算法原理

針對每一欄 k,先找出讓 |M[p][k]| 最大的列 p(p ≥ k),將其交換到第 k 列;接著對 k 以下的每一列 i,計算乘數 factor = M[i][k] / M[k][k],存放在矩陣的下三角部分,並更新其餘元素 M[i][j] \mathrel{-}= factor · M[k][j]。所有欄處理完畢後,L 即為 M 嚴格下三角部分加上單位對角線,U 則為包含對角線在內的上三角部分。行列式等於置換的符號乘上 U 對角線元素的乘積。

實例演算

以 A = [[2,1,1],[4,-6,0],[-2,7,2]] 為例,第一個主元落在第 1 列(|4| 最大),因此 P 變為 (1,0,2)。經過消去後得到 L = [[1,0,0],[0.5,1,0],[-0.5,1,1]]、U = [[4,-6,0],[0,4,1],[0,0,1]]。由於只做了一次交換,符號為 -1,所以

\det(A) = -1 × (4 · 4 · 1) = -16.

使用注意事項與精準校對原則(6 大核心守則)

📐 1. 嚴格對齊輸入量綱與單位

輸入各項數值時請務必確認量綱(例如小時、天數、金額、百分比),避免單位不匹配引發推算偏差。

🔒 2. 純前端本機毫秒級隱私保障

所有計算邏輯 100% 在您的終端瀏覽器內完成,資料絕不上傳伺服器,嚴格守護商業與個人隱私。

📊 3. 符合公認學術與產業計算模型

演算法嚴格遵循國際通用數學公式與標準計算模型,經多重情境交叉核對,數值嚴密精確。

📋 4. 一鍵複製與免登入 PDF 匯出

支援一鍵複製推算結果字串至剪貼簿,亦可直接點擊列印按鈕輸出純淨 PDF 工作報表。

🔄 5. 多情景敏感度動態對比

建議針對極端值與多組預期情景分別試算,觀察輸出數據的波動區間,輔助做出更穩健的決策。

🛡️ 6. 專業諮詢與日常參考免責聲明

本工具運算結果供日常排程、學業研習與事前參考之用,如涉及重大法規或投資決策請諮詢持證專家。

常見問題 (FAQ)

為什麼 L·U 算出來不等於我原本的 A?
這是因為主元交換的緣故,L·U 等於依 P 重新排列各列後的 A。只要先依 P 將 A 的列重新排序,L·U 就會吻合。
如果我的矩陣是奇異矩陣(不可逆)怎麼辦?
此時 U 對角線上會出現 0,行列式為 0;分解結果仍會照常輸出。
主元向量是從 0 開始計數嗎?
是的。\(P[i]\) 代表最終落在第 i 列的,原本是 A 的哪一列索引。