第六章作业
6.1 复习与思考题
6.1.1 迭代法的一般形式与收敛条件
一般的,对于 ,取 ,
于是 ,左乘 得 ,
其中 称为分裂矩阵, 称为迭代矩阵,
迭代法的一般形式即为 .
当且仅当 时,上述迭代法收敛.
6.1.2 迭代法收敛的充分条件与速度
充分条件:存在某种算子范数使得 ,则迭代法收敛.
误差估计:
.
.
收敛速度:
平均收敛速度:.
渐进收敛速度:.
若要求 ,
则收敛所需迭代次数:.
6.1.3 由分裂矩阵构造迭代法
一般的,见 6.1.1 迭代法的一般形式与收敛条件.
雅可比迭代法
的分解
.
.
的转换
.
.
高斯-塞德尔迭代法
的分解
.
.
的转换
.
.
6.1.4 J 迭代法和 GS 迭代法
雅可比迭代法
.
.
高斯-塞德尔迭代法
.
.
基本区别
分裂矩阵 从 改成了 .
体现在计算公式上,便是 改为了 ,使用了变量的最新信息.
6.1.5 严格对角占优与不可约
对角占优矩阵
严格对角占优矩阵:.
弱对角占优矩阵:,且至少一个不等式严格成立.
可约矩阵
6.1.6 SOR 迭代法
6.1.7 三种迭代法方法的收敛速度比较
从慢到快:雅可比迭代、高斯-塞德尔迭代、具有最优松弛参数的 SOR 迭代.
6.1.8
6.1.9
6.1.10 一些命题
×
J 迭代法的收敛条件更严格.
GS 迭代法的收敛条件宽松,并且速度更快.
√,令 即得.
×,还要求 .
√,严格对角占优或不可约对角占优的 J 迭代法与 GS 迭代法均收敛.
×
J 迭代法收敛的充分条件: 和 对称正定.
GS 迭代法收敛的充分条件: 对称正定.
√,这是必要条件.
6.2 习题
6.2.1 迭代法的收敛性分析与求解
该矩阵不对称,但是严格对角占优,因此 J 迭代法与 G-S 迭代法均收敛.
6.2.2 J 迭代法与 GS 迭代法的收敛性
方程组一
法一:该矩阵对称并且正定,因此 G-S 迭代法收敛; 不正定,故 J 迭代法不收敛.
法二:
雅可比迭代法
于是 ,从而不收敛.
高斯-塞德尔迭代法
思路一:,故收敛.
思路二:,于是 ,从而收敛.
方程组二
该矩阵不对称,也不严格对角占优或不可约弱对角占优,直接考察其迭代矩阵.
雅可比迭代法
,故收敛.
高斯-塞德尔迭代法
,故发散.
6.2.3 J 迭代法与 GS 迭代法的收敛速度
故 J 迭代法与 GS 迭代法同时收敛或发散.
故二者收敛速度之比为 .
6.2.4 J 迭代法与 GS 迭代法收敛的充要条件
因此 J 迭代法收敛 .
因此 GS 迭代法收敛 .
6.2.5 其他迭代法的收敛条件与速度
的特征值为 即 1 和 4,
故由哈密顿-凯莱定理, 的特征值为 ,
解 ,得 时收敛.
由收敛速度定义式 ,当 时收敛最快.
6.2.6 J 迭代法与 GS 迭代法的收敛速度
对称正定, 也正定,因此 J 迭代法与 GS 迭代法均收敛.
因此两种迭代法均收敛,并且收敛速度之比为 ,即 GS 迭代法收敛更快.
6.2.7
6.2.8
6.2.9 一种迭代法的收敛性
迭代矩阵 的特征值为 ,从而 ,于是收敛.
6.2.10
6.2.11