迭代法的收敛条件
定理 I-1-4 (1)(对角占优定理) 严格对角占优矩阵、不可约弱对角占优矩阵,是非奇异矩阵.
证明
1. 严格对角占优矩阵是非奇异矩阵.
若 ,则 有非零解 ,
记 ,由齐次方程组第 个方程 有,
从而 ,矛盾.
2. 不可约弱对角占优矩阵是非奇异矩阵.
若 ,则 有非零解 ,
2.1 对于弱对角占优矩阵,如下定义集合,并证明集合非空.
若 为空,则 ,
于是对于 ,由 有
从而 ,与弱对角占优矩阵矛盾.
2.2 对于不可约矩阵,进一步证明非奇异性.
于是 ,即 ,
从而可排列为分块上三角矩阵,矛盾. 证毕.
备注 弱对角占优矩阵不一定非奇异,如 .
定理 i-1-4 (2)(充分条件) 若满足下述条件之一,则解 的 J 迭代法与 GS 迭代法均收敛.
为严格对角占优矩阵.
为不可约弱对角占优矩阵.
证明
严格对角占优矩阵 → GS 迭代法收敛.
考虑 的特征值,即下述方程的解
其中系数 ,于是特征值即 的根. 记
当 时,
从而 为严格对角占优矩阵,从而 ,从而 .
其余条件同理可证. 证毕.