迭代法的收敛条件

定理 i-2-4(充分条件) 若 0<ω≤1 且 A 严格对角占优或不可约弱对角占优,则求解 Ax=b 的 SOR 迭代法收敛.

证明

此时 GS 迭代法收敛,其相关量均用波浪线区分(如迭代矩阵为 B~),则存在算子范数使得 ‖B~‖=q~<1. 将迭代方程拆分为:

{x~(k+1)=B~x(k)+f~,x(k+1)=(1−ω)x(k)+ωx~(k+1).

注意第一式右侧是 x(k) 而不是 x~(k). 于是

{x~(k+1)=B~x(k)+f~,x∗=B~x∗+f~.⇒‖x~(k+1)−x∗‖≤‖B~‖‖x(k)−x∗‖=q~‖ε(k)‖.

该式本身不构成地推关系,但是由此有

‖ε(k+1)‖=‖(1−ω)x(k)+ωx~(k+1)−x∗‖=‖(1−ω)ε(k)+ω(x~(k+1)−x∗)‖≤|1−ω|⋅‖ε(k)‖+|ω|⋅q~⋅‖x(k)−x∗‖=(|1−ω|+|ω|q~)‖ε(k)‖≤(|1−ω|+|ω|q~)k+1‖ε(0)‖,

其中 |1−ω|+|ω|q~<1,故 SOR 迭代法收敛.

备注