差分方程
差分方程模型的基本概念
预测经济趋势
通过建立差分方程模型，可以对 未来的经济趋势进行预测，帮助 决策者制定相应的经济政策。
评估经济政策
差分方程模型可以用来评估不同 经济政策的实施效果，为政策制 定者提供参考依据。
在物理学中的应用
描述振动现象
差分方程模型可以用来描述物体的振动规律，如弹簧振荡、单摆 等。
预Байду номын сангаас波动传播
在声学和波动理论中，差分方程模型可以用来描述波动传播的规 律，如声波、电磁波等。
可以采用动态模型来反映数据的变化趋势，减少时间滞后的影 响。
可以利用大数据技术来处理大规模的数据集，提高模型的预测 精度和稳定性。
可以尝试优化参数估计方法，例如采用全局优化算法或贝叶斯 推断等方法，以提高参数估计的准确性和稳定性。
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确定差分关系
根据时间序列数据的特性，确定合适的差分关系，以描述数据的变化规律。差分关系通常表示为变量在不同时间 点的变化量或变化率。
建立差分方程模型
根据变量和参数建立模型
根据确定的变量和参数，建立差分方程模型，以描述变量的变化规律。
验证模型的适用性
建立差分方程模型后，需要验证模型的适用性，确保模型能够准确描述实际问题的变化规律。
Python
使用Python的数值计算库，如NumPy和 SciPy，求解差分方程。
Mathematica
使用Mathematica的符号计算和数值计算功 能求解差分方程。
04 差分方程模型的应用
在经济学中的应用
描述经济周期
差分方程模型可以用来描述经济 活动的周期性变化，如经济增长、 通货膨胀、就业率等的时间序列 数据。
差分方程
练习 18 证明：若 a>1，对任意的 >0,>0，若 ≠ ，则按上述法构造的数列{ }满足
.
这样，我们得到了计算 的一个方法： 1． 给定 （作为误差控制），任取初始值 ，
令 n=1;
2． 若
，
则终止计算，输出结果；否则 ，令 n ：=n+1，转
第3步；
3． 令，转第2步.
练习 19 对 a=1.5,10,12345，用上述方法求 .
由 ，得
.
从而可将原来的非齐次线性差分方程化为齐次线性差分方程.
如果方程（8.5）的平衡值不存在，可以将方程（8.5）中所有的 n 换为 n+1，得到
（8.6）
方 程（ 8.6 ）和（ 8.5 ）相 减 得
.
于是可将原来的非齐次线性差
分方程化为高一阶的齐次线性差分方程.
练习17 分别求差分方程 及 的通解.
能 够 使 国 民 经 济 处 于 一 种 良 性 循 环 之 中 。如 何 配 各 部 分 投 资 的 比 例 ，才 能 使 国 民 经 济
处于稳定状态呢？这就是本节要讨论的问题。
我们首先给出一些假设条件：
1． 国民收入用于消费、再生产投资和公共设施建设三部分。
2． 记 分别为第
k 个周期的国民收入水平和消费水平。的值与前一个周期的国民收入成正比例。即
定理8。1 若数列的通项是关于 n 的 k
次多项式，则 k 阶差分数列为非零数列，k+1阶差分数列为0。
练习3 证明定
理8。1。
定理8。2 若{Xn}的 k 阶插分为非零常数列，则{Xn}是 n 的 k 次多
项式，
练习4 根据差分的性质证明定理8。2
例2。求∑i3
差分方程简介
差分方程简介
汇报人：
contents
目录
• 差分方程的基本概念 • 差分方程的求解方法 • 差分方程的应用 • 差分方程的局限性 • 差分方程的发展历程与未来趋势 • 差分方程的实际案例分析
01
差分方程的基本概念
定义与例子
• 差分方程是描述离散序列变化的方程式。例如，考虑一个数列{an}，我们可以写出一个差分方程：a{n+1} = 2a_n + 3。
应用
经济学中的差分方程模型适用于预测经济指标的未来趋势 、政策效应分析等。然而，由于现实世界中的复杂性，该 模型可能不适用于所有经济情况。
THANKS
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公式法
公式法的原理
01
通过差分方程的解的公式直接计算出解。公式法的步骤 Nhomakorabea02
根据差分方程的特点，寻找解的公式，然后代入初值计算出解
。
公式法的优缺点
03
公式法适用于某些特定类型的差分方程，但不适用于所有类型
的差分方程，需要具体问题具体分析。
计算机方法
计算机方法的原理
利用计算机强大的计算能力，通过编程等方法求解差分方程。
人群、感染人群和免疫人群之间的转换。这些因素都可以通过差分方程来描述 。 • 数学方程：常见的传染病模型如SIR模型，其差分方程为 S(t+1) = S(t) b*S(t)*I(t)/N(t), I(t+1) = I(t) + b*S(t)*I(t)/N(t) - d*I(t), R(t+1) = R(t) + d*I(t)，其中S表示易感人群，I表示感染人群，R表示免疫人群，b表示感染率 ，d表示疾病死亡率。 • 应用：传染病模型适用于预测疾病的传播趋势、评估公共卫生干预措施的效果 等。然而，由于现实世界中的复杂性，该模型可能不适用于所有疾病传播情况 。
差分方程的基本概念
差分方程的应用领域
01
02
03
金融领域
差分方程在金融领域中用 于描述股票价格、债券收 益率等金融变量的动态变 化。
物理学领域
在物理学中，差分方程用 于描述离散系统的动态行 为，如离散的弹簧振荡器、 离散的波动等。
生物学领域
在生态学和流行病学中， 差分方程用于描述种群数 量随时间的变化规律。
差分方程与微分方程的关系
定义
差分方程的稳定性是指当时间步 长趋于无穷大时，差分方程的解 是否收敛到原方程的解。
分类
根据稳定性性质的不同，差分方 程可以分为稳定、不稳定和临界 稳定三种类型。
稳定性判据
判据一
如果对于任意小的正数ε，存在一个正 数δ，使得当|Δt|<δ时，差分方程的 解满足|x(n+1)−x(n)|<ε，则称差分方 程是稳定的。
有限元法的基本思想是将连续的求解区域离 散化为有限个相互连接的子域（即有限元）， 并在每个子域上选择合适的基函数进行近似。 通过这种方式，可以将偏微分方程转化为离 散的差分方程，从而进行数值求解。
有限体积法
总结词
有限体积法是一种将偏微分方程离散化为差 分方程的数值方法，通过在每个控制体积上 对微分进行离散近似，将微分方程转化为差 分方程。
数值解法
数值解法是一种通过数值计算方法来求解差分方程的方法。常用的数值解法包括 欧拉பைடு நூலகம்、龙格-库塔法等。
数值解法的优点是适用于各种类型的差分方程，特别是一些难以直接求解的差分 方程。数值解法的精度可以通过增加计算步数来提高。然而，数值解法的计算量 大，需要较高的计算能力。
03 差分方程的稳定性
定义与分类
详细描述
有限差分法的基本思想是将连续的空间离散化为有限个离散点，并利用泰勒级数展开式或其它近似方 法，将微分运算转化为差分运算。通过这种方式，可以将偏微分方程转化为离散的差分方程，从而进 行数值求解。
差分方程
yt t ( n) t (t 1)(t 2) (t n 1) ，则
( n)
yt (t 1)
.
t
( n)
(t 1)t (t 1) (t 1 n 1)
t (t 1) (t n 2)(t n 1)
( n 1)
称为一阶常系数线性齐次差分方程，相应地， 一阶常系数线性非齐次差分方程.
1．一阶常系数线性齐次差分方程的通解 一阶常系数线性齐次差分方程的通解可用迭代法求得.
设 y0 已知，将 t 0,1,2, 代入方程
yt 1 Pyt 中，得
3
y1 Py0
y2 Py1 P y0
2
如果差分方程的解中含有相互独立的任意常数的个数恰好 等于方程的阶数，则称这个解是差分方程的通解.
定义4 若差分方程中所含未知函数及未知函数的各阶差分均 为一次，则称该差分方程为线性差分方程. 其一般形式为
yt n a1 (t ) yt n 1 an1(t ) yt 1 an (t ) yt f (t )
2．一阶常系数线性非齐次差分方程的通解
定理 设
yt
为齐次方程的通解，
yt 为非齐次方程的一个
*
特解，则
yt yt yt* 为非齐次方程的通解.
y t 1 P y t 0
* * 证明 由题设，有 yt 1 Pyt f (t ) ，及
将这两式相加得 ( y t 1 yt*1 ) P ( y t yt* ) f (t ) ，即
1 3 yt 3( )t 在初始条件 2 2
y0 5
解 这里
1 3 P , C 3, b 2 2
差分方程知识点总结
差分方程知识点总结一、差分方程的概念差分方程是指用差分运算符号（Δ）表示的方程。
差分运算符Δ表示的是某一变量在两个连续时间点的变化量。
差分方程通常用于描述离散时间下的变化规律，比如时间序列、离散动力系统等。
二、常见的差分方程1. 一阶线性差分方程一阶线性差分方程的一般形式为：y(t+1) - y(t) = a*y(t) + b，其中a和b为常数。
一阶线性差分方程常常用于描述某一变量在不同时间点之间的线性变化规律。
2. 二阶线性差分方程二阶线性差分方程的一般形式为：y(t+2) - 2*y(t+1) + y(t) = a*y(t) + b，其中a和b为常数。
二阶线性差分方程通常用于描述某一变量在不同时间点之间的二阶线性变化规律。
3. 线性非齐次差分方程线性非齐次差分方程的一般形式为：y(t+1) - a*y(t) = b，其中a和b为常数。
线性非齐次差分方程通常用于描述某一变量在不同时间点之间的线性变化规律，并且受到外部条件的影响。
4. 滞后差分方程滞后差分方程的一般形式为：y(t+1) = f(y(t))，其中f为某一函数。
滞后差分方程通常用于描述某一变量在不同时间点之间的非线性变化规律。
5. 差分方程组差分方程组是指由多个差分方程组成的方程组。
差分方程组通常用于描述多个变量之间的变化规律，比如混合动力系统、多变量时间序列等。
三、差分方程的解法1. 特征根法特征根法是解一阶或二阶线性差分方程的一种常用方法。
通过求解特征方程，可以求得差分方程的通解。
2. 递推法递推法是解一阶或二阶非齐次差分方程的一种常用方法。
通过递推关系，可以求得差分方程的特解。
3. Z变换法Z变换法是解一阶或二阶差分方程的一种常用方法。
通过对差分方程进行Z变换，可以将其转换为等价的代数方程，然后求解其解。
4. 数值解法对于复杂的差分方程，通常采用数值解法求解。
数值解法包括Euler法、Runge-Kutta法、递推法等，通过迭代计算逼近差分方程的解。
差分方程
y 3 ay2 a (ay1 ) a 3 y 0 y x a y0
x
y x ka x
当 a 1 时通解为 y x k
k 为任意常数
例 求 y x 1 4 y x 0 满 足 y 0 1 的 特 解 解：通解为 y k 4 ,
x
y0 k4 x
x0
例 y x sin x, 求y x
解：y x sin(x 1) sin x
性质：
(1) ky x ky x ( 2 ) y x z x y x z x ( k为 常 数)
( 3 ) y x z x y x 1 z x z x y x y x z x y x y x z x ( 4 ) z z x z x 1 x
一 差分 定义：
设 函 数 y f ( x ), 记 y x f ( x ) , 当 x {0,1,2,3, , n }时, y x 的 值 可 以 排 成 一 列 数y 0 , y1 , , y n , ,
称差y x y x 1 y x 为函数 y f ( x ) 的(向前)一阶差分
y * 1 ( x 1) A( x 1) 2 B( x 1) C x
代 入 方 程
2x 2
y * 1 y * x 3 ( A A) x 2 (3 A B B) x(3 A 2B C C ) ( A B C ) x x
y 0 1, y1 1, y 2 y 0 y1 , , y x 2 y x y x 1 ,
y x 2 y x y x 1 所以定解问题为 y 0 1, y1 1
高考数学中的差分方程及相关概念
高考数学中的差分方程及相关概念在高中数学中，我们学习了许多数学知识，其中差分方程是一个比较重要的概念，在高考中也经常出现。
那么差分方程是什么？有什么用处呢？一、什么是差分方程差分方程，也叫离散微积分方程，是指用有限差分代替导数的微分方程，其本质是一种递推式。
差分方程的一般形式为y[n+1] = f(y[n], y[n-1], ... , y[n-k])，其中y[n]是第n个离散点的函数值，y[n-k]是第n-k个离散点的函数值。
差分方程是一种离散的动态系统，可以用来描述各种离散事件的演化。
它广泛应用于数学、物理、工程、经济等领域中各种动态系统的建模与分析。
二、差分方程的分类根据差分方程的阶数及系数对n的依赖关系，差分方程可以分为以下几类：1.一阶线性差分方程一阶线性差分方程的一般形式为y[n+1] = ay[n] + b，其中a和b 是常数。
这种差分方程的解可以用递推公式y[n] = ay[n-1] + b求得。
2.二阶线性差分方程二阶线性差分方程的一般形式为y[n+2] + ay[n+1] + by[n] = f[n]，其中a、b是常数，f[n]是已知函数。
这种差分方程的解可以用特征根法或借助于已知解求得通解。
3.非线性差分方程非线性差分方程的一般形式为y[n+1] = f(y[n])，其中f(y[n])是非线性函数。
这种差分方程的解一般需要运用迭代法或数值解法求解。
三、差分方程的应用差分方程是一种用来描述具有离散状态的系统演化的工具，它在许多领域中都有着广泛的应用，例如：1.物理学差分方程在物理学中应用广泛，例如：在天体物理学中，用差分方程描述行星运动的轨迹、研究宇宙星系的演化等；在量子力学中，用差分方程描述粒子的运动状态等。
2.经济学差分方程在经济学中也有着广泛的应用，例如：在货币政策分析中，用差分方程描述货币供应量、利率与物价水平等的变化；在经济增长模型中，用差分方程描述经济增长的变化趋势等。
差分方程的定义
差分方程的定义差分方程的定义差分方程是一种数学方程，用于描述离散化的动态系统。
它可以被视为微分方程的离散版本，通常用于模拟和预测离散时间下的自然现象和工程问题。
一、差分方程的基本概念1.1 差分方程的定义差分方程是一种数学方程，描述一个序列在相邻时间点之间如何变化。
它通常采用递推公式表示，其中当前时刻的值是前一时刻值和其他参数的函数。
1.2 差分方程的分类根据差分方程中所涉及到变量的类型，可以将其分类为一阶差分方程、二阶差分方程等。
此外，还可以根据其递推公式中所包含的项数进行分类。
1.3 差分运算符在差分方程中，通常使用差分运算符来表示序列在相邻时间点之间发生了什么变化。
最常见的两个运算符是前向差分运算符和后向差分运算符。
二、解差分方程2.1 差分方程求解方法求解差分方程需要使用递推法或转换法等方法。
其中递推法是最基本也是最常见的方法，它通过逐个计算序列中每个时间点的值来得到整个序列的解。
2.2 初始条件和边界条件在求解差分方程时，需要给出初始条件和边界条件。
初始条件是指序列在起始时刻的值，而边界条件则是指序列在某些时间点上的限制。
三、应用领域3.1 差分方程在物理学中的应用差分方程广泛应用于物理学中，例如描述运动物体的速度、加速度等问题。
此外，在热力学和电磁学等领域也有广泛的应用。
3.2 差分方程在经济学中的应用差分方程在经济学中也有广泛的应用，例如描述市场需求和供给之间的关系、货币政策对通货膨胀率的影响等问题。
3.3 差分方程在工程学中的应用差分方程在工程学中也有广泛的应用，例如描述机器人运动轨迹、控制系统稳定性等问题。
四、总结差分方程是一种重要的数学工具，在模拟和预测离散时间下自然现象和工程问题时具有重要作用。
其基本概念包括差分方程定义、分类以及差分运算符等。
求解差分方程需要使用递推法或转换法等方法，并给出初始条件和边界条件。
差分方程在物理学、经济学和工程学等领域都有广泛的应用。
差分方程
当 为常数时, yx = x和它的各阶差商有倍数关系,
所以可设 yx = x为方程(11)的解. 代如方程(11)得 x+2 + ax+1 + bx = 0,
2 + a + b = 0,
方程(12)称为齐次差分方程(11)的特征方程.
(12)
由特征方程的根的情况可得齐次方程的通解：
第八节 差分方程
一、差分 二、差分方程的概念 三、一阶常系数线性差分方程 四、二阶常系数线性差分方程
一、差分 微分方程是自变量连续取值的问题, 但在很多实际问 题中, 有些变量不是连续取值的. 例如, 经济变量收入、储
蓄等都是时间序列, 自变量 t 取值为0, 1, 2, , 数学上把这
种变量称为离散型变量. 通常用差商来描述因变量对自变 量的变化速度.
其中B0 , B1 , , Bm为待定系数.
例10 求差分方程 yx+2 + yx+1 2yx = 12x的通解.
解 对应的齐次方程的特征方程为
2 + 2 = 0.
方程的根为
1 = 2, 2 = 1,
y* C1 C2 (2) x . x
齐次方程的通解为
因为 a = 1, b = 2, 1+a+b = 0, 但 a+2 = 3 0,所以, 设
例如, yx+2 + yx+1 = 0为差分方程, yx = x不是差分方
程. 差分方程式(2)中, 未知函数下标的最大差数为 n, 则 称差分方程为n 阶差分方程.
定义4 如果一个函数代入差分后, 方程两边恒等, 则 称此函数为该差分方程的解. 例3 验证函数 yx = 2x + 1是差分方程 yx+1 yx = 2的 解. 解 yx+1 = 2(x + 1) + 1 = 2x +3, yx+1 yx = 2x + 3 (2x +1) = 2, 所以yx = 2x + 1是差分方程 yx+1 yx = 2的解. 定义5 差分方程的解中含有任意常数, 且任意常数
差分方程求解
差分方程求解什么是差分方程差分方程是离散时间系统模型中常用的数学工具之一。
它描述了在不同时间点上，系统状态之间的关系，其中系统状态是离散的。
差分方程在许多科学领域都有应用，如物理学、工程学和经济学等。
差分方程可以看作是微分方程在离散时间上的等效形式。
微分方程描述了连续时间系统的动态行为，而差分方程描述了离散时间系统的动态行为。
差分方程通常通过递推关系来表示系统状态之间的转移。
差分方程的一般形式差分方程的一般形式可以表示为：x[n+1] = f(x[n], x[n-1], ..., x[n-k])其中，x[n]表示系统在时间点n的状态，f表示系统状态之间的转移函数，k表示系统的阶数。
差分方程的求解方法1. 递推法递推法是一种直接求解差分方程的方法。
通过已知初始条件x[0], x[1], ..., x[k]，可以逐步递推得到系统在任意时间点上的状态。
递推法的步骤如下：1.根据初始条件，求得x[k+1]；2.迭代计算，依次求得x[k+2], x[k+3], ...。
递推法的优点是简单易用，并且不需要求解复杂的代数方程。
但它的缺点是只能求得系统的局部解，无法得到整个系统的行为。
2. 特征根法特征根法是一种求解差分方程的解析方法。
通过求解差分方程的特征方程，可以得到系统的特征根，进而得到系统的解析解。
特征根法的步骤如下：1.将差分方程转化为对应的特征方程；2.求解特征方程，得到系统的特征根；3.根据特征根的性质，推导得到系统的解析解。
特征根法的优点是能够得到系统的全局解，对于高阶差分方程尤为适用。
但它的缺点是求解过程较为繁琐，需要具备一定的数学知识。
差分方程的应用举例差分方程在许多科学领域都有广泛的应用。
以下是几个常见的应用举例：1. 自然科学中的应用在物理学和工程学等领域中，差分方程常用于描述动态系统的行为。
例如，可以用差分方程描述弹簧振子的运动过程、电路中电流的变化等。
2. 经济学中的应用在经济学中，差分方程常用于描述经济系统的演化过程。
差分方程
一阶差分的性质 (1) 若yt=C(C为常数 则yt=0; 为常数),则 为常数 (2) 对于任意常数 (kyt)=kyt; 对于任意常数k, = (3) (yt+zt)= t+ t． =y = +z
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定义2 函数y 在时刻t的 定义 函数 t=f(t)在时刻 的二阶差分定义为一阶差分的 在时刻 二阶差分定义为一阶差分的 差分,即 差分 即 2yt= ( yt)= yt+1 yt = + =(yt+2yt+1)(yt+1yt)=yt+22yt+1+yt． = + + + + + 依此定义类推,有 依此定义类推 有 y + 2yt+1= t+2 yt+1=yt+32yt+2+yt+1, + + + + + y + 2yt+2= t+3 yt+2=yt+42yt+3+yt+2, + + + + + ……………… 类推,计算两个相继的二阶差分之差 便得到 类推 计算两个相继的二阶差分之差,便得到三阶差分 计算两个相继的二阶差分之差 便得到三阶差分 3yt= 2yt+1 2yt=yt+33yt+2+3yt+1yt, + + + + 3yt+1= 2yt+2 2yt+1=yt+43yt+3+3yt+2yt+1, + + + + + + + ………………
差分方程
第八讲 差分方程模型一、差分方程介绍规定t 只取非负整数。
记为变量在t 点的取值，则称t y y t t t y y y −=Δ+1为的一阶向前差分，简称差分，称Δ为的二阶差分。
类似地，可以定义的阶差分。
t y t t t t t y t t y y y y y y +−=Δ−Δ=ΔΔ=+++12122)(t y t y n t ny Δ由及的差分给出的方程称为的差分方程，其中含的最高阶差分的阶数称为该差分方程的阶。
差分方程也可以写成不显含差分的形式。
例如，二阶差分方程也可改写成t y t 、t y t y t y 02=+Δ+Δt t t y y y 012=+−++t t t y y y 。
满足一差分方程的序列称为差分方程的解。
类似于微分方程情况，若解中含有的独立常数的个数等于差分方程的阶数时，称此解为该差分方程的通解。
若解中不含任意常数，则称此解为满足某些初值条件的特解。
t y 称如下形式的差分方程)(110t b y a y a y a t n t n t n =+++−++L （1） 为阶常系数线性差分方程，其中是常数，n n a a a ,,,10L 00≠a 。
其对应的齐次方程为0110=+++−++t n t n t n y a y a y a L （2）容易证明，若序列与均为（2）的解，则也是方程（2）的解，其中为任意常数。
若是方程（2）的解，是方程（1）的解，则也是方程（1）的解。
)1(t y )2(t y )2(2)1(1t tt y c y c y +=21,c c )1(t y )2(t y )2()1(t t t y y y +=方程（1）可用如下的代数方法求其通解： （I ）先求解对应的特征方程（3）00110=+++−a a a n nL λλ（II ）根据特征根的不同情况，求齐次方程（2）的通解。
（i ）若特征方程（3）有n 个互不相同的实根n λλ,,1L ，则齐次方程（2）的通解为t n n t c c λλ++L 11 （为任意常数）n c c ,,1L （ii ）若λ是特征方程（3）的重根，通解中对应于k λ的项为t k k tc c λ)(11−++L ，),,1(k i c i L =为任意常数。
差分方程pdf
差分方程pdf差分方程是数学中的一种重要概念，广泛应用于各个领域，如物理学、经济学、生物学等。
本文将从引言概述、正文内容和总结三个部分来详细阐述差分方程的相关知识。
引言概述：差分方程是一种离散形式的微分方程，它描述了变量之间的差异或变化率。
与微分方程相比，差分方程更适用于描述离散的变化过程。
差分方程通常以递推关系的形式表示，其中每个变量的值都依赖于前面的一个或多个变量的值。
差分方程的解可以通过递推关系逐步计算得到。
正文内容：1. 概念与分类1.1 差分方程的概念差分方程是一种数学方程，它描述了变量之间的离散关系。
差分方程通常用于描述离散的时间或空间中的变化过程，而微分方程则用于描述连续的变化过程。
1.2 差分方程的分类差分方程可以分为线性差分方程和非线性差分方程两类。
线性差分方程中的未知函数及其导数或高阶导数之间的关系是线性的，而非线性差分方程则不满足这一条件。
2. 解法与性质2.1 差分方程的解法差分方程的解可以通过递推关系逐步计算得到。
常见的解法包括特征根法、变量分离法、Z变换法等。
其中，特征根法适用于线性差分方程，而变量分离法和Z 变换法适用于一般的差分方程。
2.2 差分方程的稳定性差分方程的稳定性是指解的性质是否随着时间的推移而趋于稳定。
稳定性分为有界稳定和渐近稳定两种情况，其中有界稳定是指解的值在某个有界区间内波动，而渐近稳定是指解的值随着时间的推移趋于某个固定值。
2.3 差分方程的周期性差分方程的周期性是指解在某个时间间隔内重复出现相同的模式。
周期性可以通过解的性质和递推关系的周期性来判断。
3. 应用领域3.1 物理学中的应用差分方程在物理学中广泛应用于描述离散的物理过程，如粒子运动、电路分析等。
通过建立差分方程模型，可以对物理系统的变化进行预测和分析。
3.2 经济学中的应用差分方程在经济学中常用于描述经济系统的变化过程，如经济增长、通货膨胀等。
通过差分方程模型，可以对经济系统的发展趋势和影响因素进行研究。
第十一章差分方程
yx ) .
例 设 解
yx e
2x
,求 y x .
2
2( x1)
y x y x1 y x e
2
e
2
2x
e
2x
(e 1)
2
y x ( y x ) [e
2x
( e 1 )]
(e 1) e
2
2x
(e 1) e
2 2
第十一章
差分方程
1
定义差分1 设函数 y x y ( x ), 称改变量 y x 1
为函数 y 在点 x 的差分 ，记为：
yx
y x y ( x 1) y ( x )
函数 y 在点 x+1 的差分为
y x1 y x 2 y x 1
2
已知
yx 3 x
y x 1 ay x f ( x )
(1)
其中 a 0 为常数 , f (x) 为已知函数 . 当 f (x) 0 时 , 称方程
y x1 ay x 0 (a 0)
(2)
为一阶常系数齐次线性差分方程 . 若 f (x) 0 则 (1) 称为一阶常系数非齐次线性差分方 程. 下面介绍它们的求解方法 .
( y x ) ( y x1 y x ) y x1 y x ( y x 2 y x1 ) ( y x1 y x ) y x 2 2 y x1 y x .
称为函数 y = f (x) 的二阶差分 , 记为 2 y x , 即
y x y x 2 2 y x1 y x .
2
同样 , 二阶差分的差分称为三阶差分 , 记为3 y x , 即
差分方程的概念与定义
差分方程的概念与定义差分方程是一种描述离散时间变量之间关系的数学方程，它在许多领域中发挥着重要作用，如物理学、经济学、生物学和工程学等。
差分方程的研究不仅有助于了解系统的动态行为，还可以预测未来的趋势和进行系统的控制和优化。
差分方程的定义可以理解为，给定一个递推序列{x_n}，其中n表示时间的离散变量，差分方程描述了序列中相邻两个时间点的关系。
一般来说，差分方程可以表示为：x_{n+1}=f(n,x_n)其中x_{n+1}表示下一个时间点的值，f(n,x_n)是一个给定的函数，描述了当前时间点和上一个时间点之间的关系。
这个函数可以是线性的、非线性的、离散的或连续的，具体取决于问题的特性和所研究系统的动态行为。
差分方程有两种常见的形式：一阶差分方程和高阶差分方程。
一阶差分方程是指只涉及到一个变量的差分方程，通常可以表示为：x_{n+1}=f(n,x_n)这种形式的差分方程描述了序列中每个时间点的值如何由前一个时间点的值计算而得。
高阶差分方程涉及到多个变量，可以表示为：x_{n+k}=f(n,x_n,x_{n-1},...,x_{n-k+1})这种形式的差分方程描述了序列中每个时间点的值如何由前面k个时间点的值计算而得。
高阶差分方程通常用于描述更复杂的系统，其中多个变量之间存在相互作用和依赖关系。
差分方程的解可以通过迭代和递推来获得。
给定一个初始条件x_0，根据差分方程的定义，我们可以通过递推计算出序列中的其他时间点的值。
这种递推计算可以用来分析系统的长期行为和稳定性，预测未来的发展趋势，并进行系统的控制和优化。
差分方程是离散时间系统的重要数学工具，它可以描述和分析许多实际问题。
例如，在经济学中，差分方程可以用来描述经济变量之间的关系，如消费、投资和就业等。
在物理学中，差分方程可以用来描述粒子在离散时间点上的位置和速度的变化。
在生物学中，差分方程可以用来描述种群数量的变化和生物进化等现象。
总之，差分方程的概念与定义为我们研究和理解离散时间系统的动态行为提供了重要的数学工具。
差分方程_精品文档
程）法。本节主要讲述前3种方法，后2种方法将在后续章节中讲
解。
一、差分方程的初值问题（边界条件）
二、差分方程的解法（前3种方法）
三、传输算子的概念
返回
一、差分方程的初值问题（边界条件）
相应于连续时间系统中的起始条件和初始条件, 在离散时间系统中存在着起始样值与初始样值。
起始样值即在激励信号加入之前系统已具有的 一组样值, 以符号y-(n)表示。
返回
例7-4-6 已知 y(n)+2y(n-1) =5u(n), 且y(-1) =1,
求完全解。
特征方程 a +2=0 a = -2
齐次解
yhn C1 2n
特解
因为x(n)=5u(n), n³0时为5（常数）
所以 yp(n) =D
代入原方程求特解 D+2D =5 (n 0)
完全解
所以 D 5
“E”表示将序列超前一个单位时间的运算。 E也称为移
序算子，利用移序算子可y(n写-1)出= 1: y(n)
对y于(n差+分1方)=程Eyy((nn)+1)
-
ay(n)
E
=x(n)
可改写为: （E - a）y(n) =x(n)
对于二例，可以引入
传输算子 HE 1
于是有：
Ea
而对于方程式 y(n) - ay(n-1) =x(n -1)
N
akCa nk 0
k 0
消去常数C，逐项除以a n-N 并化简得:
a0a N+a1a N-1+……+ aN-1a + aN=0
该式称为差分方程的特征方程，特征方程的根a1. a2 、……、 aN称为差分方程的特征根。
差分方程
1
2
3
5
NUDT
差分方程及其应用
第n个月家兔的对数 P(n)
|| 成兔对数 a (n) b(n) 幼兔对数 P(n) a(n) b(n)
第n+1个月家兔的对数 P(n 1)
|| 成兔对数 a (n) b(n) a (n) 幼兔对数
a(n) b(n) a(n 1) P(n 2) a(n 2) b(n 2)
一阶差分方程
x(t 1) f ( x(t )),
xk 1 f ( xk ),
t 0,1, 2,
k 0,1, 2,
n 阶差分方程
x1 (t 1) f1 ( x1 (t ), x2 (t ),, xn (t )) x (t 1) f ( x (t ), x (t ),, x (t )) 2 2 1 2 n t 0, 1, 2, xn (t 1) f n ( x1 (t ), x2 (t ),, xn (t ))
MATHEMATICA
NUDT
差分方程及其应用
贷款分别为5000，20000，25000的还款情况比较
25000 20000 15000 10000 5000
5
10
15
20
25
30
NUDT
差分方程及其应用
例3 冰箱冷藏室的温度调节在50C。饮料放在冷藏室后每 分钟温度的变化与冰箱温度和饮料温度的差成正比，通过 实验知比例系数约为0.008。设饮料放入冷藏室n分钟后为 tn，求其温度变化遵循的差分方程。
xn1 kxn (1) (2)
n 齐次方程（2）的通解为 xn k x0
设 Cn C 为常数，方程（1）有常值解 xn B ，则
差分方程
3 A 3 B 0 ,6 A 1
1 1 于是 A , B 一个特解为 6 6,
1 x 1 y x x 3 6 6
* x
原方程的通解为
1 x 1 y x C 3 x x 3 6 6
x
例4 求差分方程 y x 1 4 y x 3 cos 满足初始条件 y0 1 的特解 解 对应齐次方程的通解 为_ x
（6.2３）改写为 y x 1 ayx f ( x ) x 0 ,1 ,2...
设 y0 0 ，则依次可得
y1 f ( 0 )
2
y1 af ( 0 ) f ( 1 )
y3 a f ( 0 ) af ( 1 ) f ( 2 )
yx a x1 f ( 0 ) a x 2 f ( 1 ) f ( x 1 )
第三节 差分方程
6.3.1 基本概念 6.3.2 一阶常系数线性差分方程
6.3.1 基本概念 1.定义: 设函数 y f x , 把它记为
yx ,
则 y x 1 f x 1, 称差 y x 1 y x 为函数
y x 的一阶方差，记作 y x ,
即 y x y x 1 y x f x 1 f x
称方程（6.23）对应的齐次方程。
y 定理6.5 设 x 是方程（6.23）的一个特解，
y x 是其对应的齐次方程的通解，则方程
（6.23）的通解为 y x y x y 求解过程：
x y ( 0 ) 是（6.24）的一个特解，代入 设 x1 x x a ( a ) 0 （6.24）得：
2
2
差分方程
yn 2 2 yn1 yn
称为函数yn的二阶差分，记为 2 yn .
同样，二阶差分的差分 称为三阶差分，记为 yn ,即
3
3 yn yn 3 3 yn 2 3 yn 1 yn
类似地，m 1阶差分的差分称为 yn的m阶差分，记作 m yn。
3、线性、非线性差分方程
定义 差分方程中未知函数都 是一次幂的，称为线性 差分方程，
否则，称为非线性差分 方程。
3 yn 32 yn y n yn yn3 6 yn2 10 yn1 6 yn 0。
例如
（1） yn3 2 yn1 3 yn 2
* 将yn 代入方程后可用比较系 数法求。
例 求yn1 2 yn 2n 的通解。
2
A0 2 2 A0 A1 0 A A A 0 1 2 0
A0 2, A1 4, A2 6.
yn * 2n 4n 6,
2
2
n
研究yn1 byn (n)的解法:
设(n) a n pm (n)型(a 0),其中pm (n)
为已知m次多项式，可以证明非齐次方程 的特 解形式是
a Qm (n), a不是特征根， y n na Qm (n), a是特征根。
n * n
其中Qm为m次多项式，有 m 1个特定系数 ,
则称为齐次方程。
1、迭代法
设y0已知，将 n 0,1,2Fra bibliotek.... 依次代入
2 yn1 byn中得y1 by0 , y2 by1 by0
y3 by2 b3 y0 ,..., yn b n y0 ,
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与微分方程类似，非齐次差分方程的求解是通过它对应 的齐次差分方程的解求得的。非齐次差分方程对应的常系数齐 次线性差分方程为
yt++ayt=0 t=0,1,2, … 下面先考虑齐次差分方程的求解。
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2020年4月11日星期六
Δyt+1= yt+2-yt+1=f(t+2)-f(t+1)； Δyt+2= yt+3-yt+2=f(t+3)-f(t+2)；
……… 由此可以看出，函数的一阶差分为(函)数列形式。
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2020年4月11日星期六
一阶差分表示函数的改变量，一阶微分(由于Δt=1，微分 就等于导数)可看作它的近似，相对于二阶导数，可定义二阶 差分。
一般地，可依次定义k阶差分：
k
k yt ( 1)i Cki ytki
i0
ytk
kytk1
(1)k
yt
2
2020年4月11日星期六
2、差分的性质
为讨论需要，下面介绍差分的性质，大家可把它们与导数
的相应结果作对比。
性质1 若a为常数，则Δa=0。
性质2(线性性质) 若a、b为常数，则有
Δ(ayt +bzt)=Δayt +Δbzt 性质3 Δ(yt zt)=ztΔyt +yt+1 Δzt =zt+1Δyt +yt Δzt
Ⅰ f(t)=Pm(t)=a0tm+a1tm-1+…+am 若a≠-1，则特解的形式为y*t =b0tm+b1tm-1+…+bm ； 若a=-1，则特解的形式为y*t =t(b0tm+b1tm-1+…+bm)。
例 求差分方程yt+1-2yt=t的通解。
练习 求差分方程yt+1-yt=2t的通解。 答案 yt=C+t2-t 。
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Ⅱ f(t)=Pm(t)bt=(a0tm+a1tm-1+…+am )bt，且b≠1 若a≠-b，则特解的形式为y*t =(b0tm+b1tm-1+…+bm )bt ； 若a=-b，则特解的形式为y*t =t(b0tm+b1tm-1+…+bm)bt；
例 求差分方程yt+1+yt=3t的通解。
通过逐次迭代的方法容易得到：
1. 齐次方程的解
定理 差分方程yt+1+ayt=0 t=0,1,2, …的通解为
yt=C(-a)t t=0,1,2, …
其中C为任意常数。 例如，差分方程2yt+1+yt=0的通解为
yt
C( 1)t 2
。
与微分方程的情况类似，有以下结果：
一阶常系数非齐次线性差分方程
yt+1+ayt=f(t) t=0,1,2, …
与微分方程的情况类似，差分方程的有关解的一些定义如 下:
定义 若将函数yt=f(t)代入差分方程使其成为恒等式，则称 函数yt=f(t)为此差分方程的解。对n阶差分方程，若它的解中含 有n个(独立的)任意常数，则称这样的解为n阶差分方程的通 解。
为确定具体的函数解，需要给出一些条件，这样的条件称 为定解条件。若定解条件是在某些初始时刻的函数值，则称这 样的条件为初始条件。满足定解条件的具体的解(不含任意常 数)称为差分方程的特解。
①
对应的齐次差分方程为
yt+1+ayt=0 t=0,1,2, …
②
定理 方程②的通解为yt=C(-a)t，若y*t为①的一个特解，则
①的通解为yt=C(-a)t + y*t 。
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2. 非齐次方程的解 yt+1+ayt=f(t) 下面对f(t)讨论，求非齐次方程的特解，从而求其通解。
练习
求差分方程 2 yt1
yt
3 2t
的通解。
0
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一、差分的概念及其性质 1、差分的概念 定义 设函数yt=f(t)的定义域为非负整数，其自变量t(通常
表示时 间)取非负整数得到数列： y0=f(0)，y1=f(1)，…，yt=f(t)，…
称yt+1-yt为函数yt的一阶差分，记为Δyt，即Δyt= yt+1-yt 。 由定义可知， Δyt= yt+1-yt=f(t+1)-f(t)；
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§7.6 差分方程初步 在经济与管理的实际问题中，经济数据大多是以等间隔 时间统计的。例如，国民收入、工农业总产值等按年统计， 产品产量、商品销售收入和利润等按月统计。由于这个原 因，在研究分析实际经济与管理问题时，各有关经济变量的 取值是离散变化的。描述各级经济变量之间变化规律的数学 模型是离散型的数学模型。差分方程就是一类最常见的离散 型数学模型。 这一节主要讨论差分方程的求解，重点是一阶常系数线 性差分方程的求解。我们首先介绍差分的概念。
定义 函数yt=f(t)一阶差分的差分称为其二阶差分，记为 Δ2yt= Δyt+1-Δyt =yt+2-2yt+1+yt 。
例如，对y=t2+2t，有Δyt = 2t 3 。Δ2yt = 2。 类似地，可以定义三阶差分：
Δ3yt= Δ2yt+1-Δ2yt = yt+3-3yt+2+3yt+1-yt 。
以下标定义的阶数与用Δ表示的最高阶数有时不统一，
经济学中常用到的是以下标表示的差分方程，因此，遇到用
Δ表示的差分方程时，常把它化为以下标表示的差分方程，
然后再确定其阶数。
例如 yt +5-yt +3yt +2=0是 3 阶差分方程。
Δ2yt +Δyt=0是
1阶差分方程。
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例如，可以验证，函数yt=-2t+C(C为任意常数)是差分方程 yt+1-yt=-2的通解。而满足初始条件y0=1的特解为 yt 1 2t 。
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三、一阶常系数线性差分方程 一般的的差分方程难以找到统一的方法，下面考虑一种特
殊的差分方程——一阶常系数线性差分方程。 一阶常系数线性差分方程的一般形式为 yt+1+ayt=f(t) t=0,1,2, …
性质4 yt zt yt yt zt
zt
zt zt1
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二、差分方程的基本概念
含有未知函数的导数的方程为微分方程，类似地可定义差
分方程：
定义 含有自变量、未知函数及其差分的方程称为(常)
差分方程，出现在差分方程中的yi的下标的最大值与最小值之 差 (或用Δ表示时差分的最高阶数)称为差分方程的阶。