证明当A为行对角占优矩阵时,求解方程组Ax=b的雅克比迭代格式收敛,用数学语言表达
时间: 2024-04-23 11:22:54 浏览: 80
雅克比(Jacobi)迭代法解Ax=b.docx
假设A为$n\times n$的行对角占优矩阵,即对于每个$i=1,2,\cdots,n$,都有$|a_{ii}|\geq\sum\limits_{j\neq i}|a_{ij}|$。
考虑雅可比迭代格式:$x^{(k+1)}=D^{-1}(b-(L+U)x^{(k)})$,其中$D$为$A$的对角线部分,$L$为$A$的下三角部分(不包括对角线),$U$为$A$的上三角部分(不包括对角线)。
设$x$为方程组$Ax=b$的解,$r^{(k)}=b-Ax^{(k)}$为第$k$次迭代的残量,则有
$$x-x^{(k+1)}=D^{-1}(L+U)(x-x^{(k)})$$
两边同时取模长,得到
$$\begin{aligned} \|x-x^{(k+1)}\|&\leq\|D^{-1}(L+U)\|\cdot\|x-x^{(k)}\|\\ &=\rho(D^{-1}(L+U))\cdot\|x-x^{(k)}\| \end{aligned}$$
其中$\rho(\cdot)$表示谱半径。因为$A$为行对角占优矩阵,所以
$$\begin{aligned} \rho(D^{-1}(L+U))&=\max_{1\leq i\leq n}\left|\frac{\lambda_i(L+U)}{\lambda_i(D)}\right|\\ &=\max_{1\leq i\leq n}\left|\frac{\sum\limits_{j\neq i}|a_{ij}|}{|a_{ii}|}\right|\\ &<1 \end{aligned}$$
因此,雅可比迭代格式收敛。
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