迭代法的收敛条件

定理 i-4-1(充分条件) 若 0<ω<2 且 A 对称正定,则求解 Ax=b 的 SOR 迭代法收敛.

证明

由 Lω=(D−ωL)−1((1−ω)D+ωU),对于某一特征值 λ,Lωy=λy,故

((1−ω)D+ωU)y=λ(D−ωL)y⇒(((1−ω)D+ωU)y,y)=λ((D−ωL)y,y)⇒λ=(Dy,y)−ω(Dy,y)+ω(Uy,y)(Dy,y)−ω(Ly,y)

记

(Dy,y)=∑i=1naii|yi|2≡σ>0,−(Ly,y)≡α+iβ,

由于 A=AT,有 U=LT,于是

−(Uy,y)=−yTUy=(Ly)Ty=−(y,Ly)=−(Ly,y)―=α−iβ,0<(Ay,y)=((D−L−U)y,y)=σ+2α,

从而

λ=(σ−ωσ−αω)+iωβ(σ+αω)+iωβ,|λ|2=(σ−ωσ−αω)2+ω2β2(σ+αω)2+ω2β2,

由于 0<ω<2,分子不为零,且有

(σ−ωσ−αω)2−(σ+αω)2=ωσ(σ+2α)(ω−2)<0,

从而 |λ|<1,从而 SOR 迭代法收敛. 证毕.

备注 A 对称正定可推出 G-S 迭代法收敛,但定理中的条件不可换为 G-S 迭代法收敛.