ПРИМЕР 8. Построить алгоритмы методов простой итерации, релаксации и Зейделя для решения разностной задачи
Вопрос №8
Стационарные итерационные методы
1 Метод простой итерации:
=> 
2 Метод релаксации: Строится с использованием расщепл матрицы:
- параметр релаксации.





Будем рассматривать стац. итерационный метод: В 
Если подставим погрешность в канон. Виде итерационной формуле.
=> 
В
, 
Покажем, что существует
сходимость итерационного метода.
Теорема сходимости. Пусть
т.е. 
Предположим, что существует
, тогда условие
Это условие является достаточным для сходимости, т.е. существует
.
Доказательство. Рассмотрим 2 выражения для рекуррентной формулы с погрешностью
, тогда
.

Обозначим:
.
по усл. Из т.; т.о.
Получ. монотонно убыв к -> 0 последовательность положительных чисел. По теореме В-са она имеет предел, т.е. сущ.
при этом 
т.е.
значит
при этом из условия теоремы:
. ЧТД
Следствие 1 .
Критерием для останов итерац процесса для зад
, по невязке 
Док-воПо итер. фор-ле для погрешности: 
Оба этих условия оц. им.
по порядку малости

Потому что вел-на этих множителей не влияет на порядок 

Следствие 2(усл. сх-ти мет. простых итерац.(МПИ))
МПИ при 
Док-во(( 
Рассмотрим метод релаксации.
Следствие 3
Док-во Рассмотрим условие:



Для полож. матр. ее диаг. матр. будет полож.


Тогда 
При этом при w=1 метод наз-ся методом Зейделя. а когда 1<w<2 – методом верхней релаксации. Метод нижней релаксации не нашел применения,т.к. там плохая сходимость.
Скорость сх-ти иттерац. метода
Рассмотрим только для стац. иттер. метода(простой иттер. и релаксации)
Рассм. выр-ие для погр.:
где s оператором перхода от k-1 итерации к k-ой. Тогда выр-ие примет вид при рекурс . преобраз. к 0

Для оцен. погр-ти по ||.||

Если рас-м опер. s то он вкл. опер-р
, кот. опр-ся не симметр. матр. ( 
Опр 
наз-ся спектральным радиусом несимметричного оператора
;
.
Пример:

Пусть хотим уменьшить ||.|| погрешности нач. прибл. в 10 раз


Чтобы найти k, обеспеч. ее точность 
Введем
.
наз-ся ассимптотической скоростью сход-ти итерац процесса, а
наименьш число итераций, необх-х для достижения точности
.
Для сравн методов берут 
При таких усл. опр-ют k>
и для q опр-ют число операций 
Экономичный метод – это метод, треб. для достиж. 
Особенности алгоритмов.(точно не знаю надо ли)
Алгоритм МПИ (метода простых итераций) и МВР (метода верхних релаксаций).
.
(первые 2 слагаемых образуют оператор
, третье –
, последние -
).
Оператор
определяется пяти-диагональной матрицей.
МПИ:
;
Итерации в этом методе идут по совокупности координат.
МВР:
,
-параметр релаксации.
Метод имеет итерационную формулу по корд-ой итер. При такой записи
т.е.на границе.
ПРИМЕР 8. Построить алгоритмы методов простой итерации, релаксации и Зейделя для решения разностной задачи.

Решение: 
Найдем матрицу А: 

= A

Форма записи метода Зейделя:
где

Найдем минимальное число итераций:

Метод простой итерации:

Здесь 





Метод релаксации:
Надо найти
:
т.е. 



АХТУНГ: то, как находим
в методе релаксации, - в наших лекциях этого не было! это есть в лекциях на емаксе за позапрошлый 4 курс, в виде отдельной теоремы. Так что он может спросить, откуда это взялось.