« Home « Kết quả tìm kiếm

Luận văn Thạc sĩ Toán học: Một số ứng dụng của phương trình sai phân giải toán sơ cấp


Tóm tắt Xem thử

- Nguồn gốc phương trình sai phân.
- Chương 2 Phương trình sai phân tuyến tính và ứng dụng 24 2.1.
- Một số phương pháp khác giải phương trình sai phân tuyến tính cấp một.
- Phương trình tuyến tính tổng quát.
- Phương trình dạng y k+1 − y k = (n + 1)k n.
- Phương trình dạng y k+1 = R k y k.
- Định nghĩa sau đây cho ta sự liên hệ giữa dãy và phương trình sai phân..
- Định nghĩa 1.1 Một phương trình sai phân thường là một quan hệ có dạng cho trước bởi phương trình (1.1)..
- Chú ý rằng dịch chuyển trong các chỉ số không đổi cấp của phương trình sai phân.
- y k+r ) (1.2) là một phương trình sai phân cấp n và tương đương với phương trình (1.1)..
- Định nghĩa 1.3 Một phương trình sai phân được gọi là tuyến tính nếu nó được cho dưới dạng.
- Định nghĩa 1.4 Một phương trình sai phân được gọi là phi tuyến nếu nó không tuyến tính..
- Định nghĩa 1.5 Một nghiệm của phương trình sai phân là một hàm φ(k) thỏa mãn phương trình..
- Ví dụ 1.1 Xét một số phương trình sau.
- là nghiệm của phương trình vi phân tuyến tính bậc một y k+1 − 2y k = 0,.
- Thật vậy, thế φ(k) vào phương trình (1.4) thu được.
- Ví dụ 1.4 Phương trình tuyến tính bậc hai.
- Thật vậy, thế ϕ(k) phương trình (1.5) ta được c 1 (−1) k+1 + c 2 − c 1 (−1) k−1 − c 2 = 0..
- Bây giờ, ta sẽ chỉ ra rằng y k thỏa mãn phương trình sai phân cấp n..
- Đây là một dãy gồm n + 1 phương trình với n hằng số c i , i = 1, 2.
- 0 (1.8) Đây là một phương trình sai phân cấp n.
- trong đó, từ phương trình (1.9) ta có.
- =xC k (x), và đây chính là phương trình (1.10)..
- Do đó, áp dụng toán tử L cho cả hai vế của phương trình (1.11) ta được LI k (φ).
- Ví dụ 1.7 Giả sử phương trình vi phân sau đây:.
- Cuối cùng, thay thế vế bên phải của phương trình (1.15) bằng f (y, t.
- Thế vào phương trình đầu ta nhận được y k+1 − y k.
- Do đó, y k phải thỏa mãn một phương trình vi phân bậc hai.
- Để xác định phương trình này, ta tính y k+1 và y k+2.
- Thế kết quả của phương trình (1.18) vào phương trình (1.17) ta được y k = (y k+1 − y k )k + f (y k+1 − y k.
- là phương trình vi phân cấp một phi tuyến tổng quát..
- (1.19) là một phương trình sai phân cấp n.
- y n−1 được cho trước thì phương trình sai phân với k = 0 xác định duy nhất y n .
- Nếu y n đã xác định định, phương trình sai phân với k = 1 cho ta y n+1 .
- Giả sử phương trình (1.22) thỏa mãn khi m = 0, ta tìm được.
- Thật vậy, định lý đúng đối với n = 1 (theo phương trình (1.20))..
- (r − r i ) khi đó, phương trình (1.24) được viết lại.
- Đây chính là kết quả trình bày trong phương trình (1.32)..
- −1 y k khi đó từ phương trình (1.35).
- Bây giờ, ta chứng minh công thức tổng từng phần, từ phương trình (1.28), ta có.
- Định lý này suy trực tiếp từ biểu thức được cho bởi phương trình (1.36)..
- Thế những kết quả này vào phương trình (1.40) được.
- 0 Từ đó ta nhận được phương trình (1.39)..
- Phương trình sai phân tuyến tính và ứng dụng.
- Định nghĩa 2.1 Phương trình sai phân tuyến tính là một hệ thức tuyến tính của sai phân các cấp, có dạng:.
- k x n là sai phân cấp k của x n , k được gọi là bậc của phương trình..
- Định nghĩa 2.3 Nếu f n ≡ 0 thì phương trình (2.2) được gọi là phương trình sai phân tuyến tính thuần nhất;.
- Nếu f n 6= 0 thì phương trình (2.2) được gọi là phương trình sai phân tuyến tính không thuần nhất;.
- Nếu f n ≡ 0 và a 0 6= 0, a k 6= 0, khi đó phương trình (2.2) trở thành L h x n = a 0 x n+k + a 1 x n+k−1.
- a k x n = 0 (2.3) được gọi là phương trình sai phân tuyến tính thuần nhất bậc k với hệ số hằng số;.
- a k là các hàm của n thì (2.2) là phương trình sai phân tuyến tính với hệ số biến thiên..
- với biến n, thỏa mãn phương trình (2.2) được gọi là nghiệm của phương trình sai phân tuyến tính (2.2)..
- Thay x n = Cλ n vào phương trình (2.3), ước lược cho Cλ n 6= 0 ta nhận được.
- Nghiệm tổng quát x ˜ n của phương trình thuần nhất (2.3).
- Nghiệm riêng x ∗ n của phương trình thuần nhất (2.2).
- λ k là các nghiệm khác 1 của phương trình đặc trưng thì.
- Nếu các nghiệm của phương trình đặc trưng đều là các nghiệm khác.
- Nếu phương trình đặc trưng có nghiệm λ = β bội s thì x ∗ n = n s β n Q m (n)..
- Dạng tổng quát của phương trình sai phân tuyến tính cấp một là y k+1 − p k y k = q k , (2.5) trong đó p k và q k là các hàm cho trước.
- Nếu q k đồng nhất bằng 0 thì ta có phương trình thuần nhất.
- Đối với các trường hợp khác thì phương trình (2.5) là phương trình không thuần nhất.
- Bây giờ ta sẽ chứng minh nghiệm tổng quát của phương trình (2.5) có thể tìm dưới dạng hữu hạn..
- Đầu tiên ta xét phương trình thuần nhất (2.6).
- Bây giờ ta xét phương trình không thuần nhất (2.5).
- Do đó, một nghiệm riêng của phương trình (2.5) là.
- Ví dụ 2.1 Phương trình sai phân thuần nhất với hệ số hằng có dạng như sau.
- Do đó, từ phương trình (2.7) thì nghiệm là.
- Ví dụ 2.2 Bây giờ, ta xét phương trình không thuần nhất y k+1 − βy k = α,.
- Phương trình dạng y k+1 − y k = (n + 1)k n Phương trình sai phân tuyến tính không thuần nhất dạng.
- Xét các phương trình sau đây và các nghiệm tương ứng.
- Đa thức Bernoulli B n (k) được định nghĩa là nghiệm của phương trình sai phân sau đây.
- (2.17) Khai triển phương trình (2.16) thành chuỗi theo λ thì ta được.
- Từ đây, ta có thể viết lại phương trình sai phân không thuần nhất như sau.
- Ví dụ 2.3 Phương trình.
- và phương trình (2.24) trở thành.
- (m + 1)k m , (2.26) đây là phương trình sai phân xác định đối với các đa thức Bernoulli..
- nên nghiệm của phương trình y k+1 = R k y k có dạng.
- Ví dụ 2.4 Phương trình.
- Nghiệm của phương trình là.
- Nghiệm của phương trình thuần nhất và nghiệm riêng tương ứng là S k (H.
- Phương trình vi phân cần giải là.
- (2.33) Nghiệm chung của phương trình (2.33) là.
- Hệ quả là tổng của phương trình (2.32) được cho bởi biểu thức S k.
- Chúng thỏa mãn phương trình vi phân sau:.
- Đặt F k = r k ta thu được phương trình đặc trưng.
- nghiệm của phương trình này là r 1 = 1.
- Kết quả là nghiệm chung của phương trình (2.34) là F k = C 1.
- Từ phương trình (2.38), ta có F k+1.
- Vì thế phương trình (2.41) có dạng như sau:.
- (2.44) Thật vậy, rõ ràng phương trình (2.44) đúng với k = 1.
- Thật vậy, thêm F k+1 vào 2 vế phương trình (2.44), ta có.
- Phương trình này có hai nghiệm r 1,2.
- Thế các biến đổi trong (2.55) vào phương trình (2.54) ta được f (x.
- Giải phương trình đặc trưng: λ 2 − αλ − (α + 1.
- Ví dụ 2.14 Tìm nghiệm tổng quát của phương trình x n+1 = 4x n − 2.
- Phương trình đặc trưng λ 2 − 5λ + 6 = 0 có hai nghiệm λ 1 = 2, λ 2 = 3..
- Ví dụ 2.15 Tìm nghiệm tổng quát của phương trình x n+1 = x n − 1.
- Phương trình đặc trưng λ 2 − 5λ + 6 = 0 có nghiệm λ 1 = λ 2 = 2.
- Ta sử dụng định lý sau đây để tìm số hạng tổng quát của dãy Định lý 2.5 Phương trình sai phân dạng phân thức.
- Áp dụng Định lý 2.5 ta nhận được dạng tuyến tính của phương trình trên là

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt