线性方程组,用
的方式迭代求解,称作线性方程组的迭代法。令映射
为
,迭代法解线性方程组本质上是想找映射
的不动点。
首先,可以用Banach不动点定理对映射的不动点的存在性进行分析。
是一个压缩映像(contraction),当且仅当:
当然在这里还并没有指定空间中的范数是什么。但因为有限维Banach空间中范数的等价性,只要
对任意一种范数是压缩映像,那么
就存在不动点!
不动点的存在性转化为对矩阵
的范数的分析,只要:
上式表示任意一种向量范数。到现在,容易知道,我们只要知道
的某一种与向量范数相容的矩阵范数,有
,就能判断
存在不动点。
记是矩阵
最大的奇异值,这个
也叫做
的谱半径(
)
谱半径的意思就是,在单位球
上的最大值就是
。
假如说,对某种矩阵范数和向量范数成立,那么,根据矩阵范数与向量范数的相容性,知道
,即
,矩阵的谱半径是所有矩阵范数的下界!
以上所说的矩阵范数指的都是与向量范数相容的。
因此,判断的不动点是否存在只需要看
的谱半径(最大奇异值)是否小于1即可。
最后,Banach不动点定理只是一个充分性定理,就算的谱半径大于1,
仍然可能存在不动点。