设X=BX+d有惟一解X* 若矩阵B的谱半径ρ(B)>1 但B有一个特征值λ满足|λ|<1 求证:存在初始向量X(0) 使得由迭代

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设X=BX+d有惟一解X*,若矩阵B的谱半径ρ(B)>1,但B有一个特征值λ满足|λ|<1,

求证:

存在初始向量X(0),使得由迭代格式X(k+1)=BX(k)+d (k=0,1,2,…)产生的序列{X(k)}收敛于X*.

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答案解析

难度★★☆ 搜索
  • 因为X*是X=BX+d的解,故由X*=BX*+d与X(k+1)=BX(k)+d相减有
       X*-X(k+1)=B(X*-X(k))=…=BK+1(X*-X(0)).
       设B的与λ对应的特征向量为Y,则
       BY=λY,  Bk+1Y=λk+1Y.
       若取初始向量X(0)=X*-Y,则
       X*-X(k+1)=Bk+1Y=λk+1Y.
       从而X(0)=X*-Y满足条件

        因为|λ|<1,故当k→∞时,有
        原式→0

       因而存在初始向量X(0),使上述收敛法收敛.ρ(B)>1,则简单迭代法发散的具体含义应理解为不是对任意初始向量都收敛,即也可能存在使简单迭代法收敛的初始向量,事实上本题已明确说明了这一点.为了证明该结论,应将特征值λ与误差|X*-X(K+1)|联系起来,这是因为已无法再按ρ(B)<1来判断收敛了.