迭代法的收敛条件

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

证明

Lω=(DωL)1((1ω)D+ωU),对于某一特征值 λLωy=λy,故

((1ω)D+ωU)y=λ(DωL)y(((1ω)D+ωU)y,y)=λ((DωL)y,y)λ=(Dy,y)ω(Dy,y)+ω(Uy,y)(Dy,y)ω(Ly,y)

(Dy,y)=i=1naii|yi|2σ>0,(Ly,y)α+iβ,

由于 A=AT,有 U=LT,于是

(Uy,y)=yTUy=(Ly)Ty=(y,Ly)=(Ly,y)=αiβ,0<(Ay,y)=((DLU)y,y)=σ+2α,

从而

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

由于 0<ω<2,分子不为零,且有

(σωσαω)2(σ+αω)2=ωσ(σ+2α)(ω2)<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.