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Lexikon der Mathematik: Homotopieverfahren

ergänzende Vorgehensweise zur Startwertproblematik bei nur lokal konvergenten Iterationsverfahren für nichtlineare Gleichungssysteme.

Ist das Gleichungssystem etwa durch F(x) = 0 gegeben mit F : D ⊂ ℝn → ℝn, so definiert man ein aus F abgeleitetes Hilfsproblem G(x, λ) = 0 mit einem Parameter λ ∈ [0, 1] und der Eigenschaft, daß G(x, 0) = 0 durch ein bekanntes x(0) lösbar ist, und daß G(x, 1) = F(x) ist. Ausgehend von λ0 = 0 und x(0) läßt man λ in N Schritten gegen 1 laufen und löst das jeweilige Problem G(x, λ1) = 0, i = 1, …, N. Als Startwert verwendet man das Ergebnis für λi−1.

Der Parameter λ kann entweder in natürlicher Weise in der ursprünglichen Problemstellung gefunden werden, oder aber durch den Ansatz \begin{eqnarray}G(x,\lambda ):=F(x)+(1-\lambda )\cdot F({x}^{(0)})\end{eqnarray} mit vorgegebenem Wert x(0) erzeugt werden. Problematisch für den Erfolg dieser Vorgehensweise ist die Existenz von Verzweigungspunkten auf dem Pfad x(λ) im ℝn, da dies mit einer Singularität der Jacobi-Matrix F′(x) verbunden ist.

  • Die Autoren
- Prof. Dr. Guido Walz

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