Метод простых итерацийПри большом числе неизвестных схема метода Гаусса, дающая точное решение, становится весьма сложной. В таких случаях более эффективным способом численного решения уравнений является метод итерации. Пусть дано уравнение (1) . Заменим его равносильным уравнением . (9) Здесь ; . Вычислительная формула метода простых итераций: . (10) Если последовательность имеет предел , то этот предел является решением системы (10).
Первый способ приведения AX = B к виду (9) Предполагая, что разрешим первое уравнение системы (1) относительно , второе – относительно ,, n ‑-ое уравнение – относительно . В результате получим , (11) где ; при . Система (9) в матричной форме имеет вид (9).
При таком способе получения уравнения (9) справедливо следствие из теоремы 1, определяющее условие сходимости итерационного процесса.
Выражение (12) означает, что в матрице A в каждой строке диагональный элемент по модулю больше суммы модулей остальных элементов строки. Если данное условие не выполняется, необходимо соответствующим образом преобразовать СЛАУ. Это можно сделать, выполнив эквивалентные преобразования системы: перестановка строк; линейная комбинация строк. Пример. Дана система уравнений. . Привести ее к виду, пригодному для решения методом простых итераций первым способом. Условие (12) не выполняется ни в одной из строк. Поместим строку (c) на первое место: . Теперь для первой и третьей строки условие (12) выполняется. В качестве третьей строки возьмем линейную комбинацию (c) – (a): . Данную систему уже можно приводить к виду (9): . Т.о. , . В качестве нулевого приближения примем . Второй способ приведения AX = B к виду (9) В предыдущем способе обязательным условием являлось выполнение неравенства (12). Во многих случаях это далеко не просто. Во втором способе любую невырожденную систему уравнений AX = B всегда можно заменить эквивалентной системой так, что условие сходимости будет выполняться. Для этого умножим уравнение AX = B на матрицу D = А –1 – , где – матрица с малыми по модулю элементами. Последовательно получим: ; ; . Обозначим ; . В результате получим систему вида . Очевидно, что если элементы матрицы выбрать достаточно малыми по модулю, то можно обеспечить выполнение условия . Т.е. для сходимости итерационного процесса необходимо выполнение условия или .
|