差分方程方法
第三章差分方程方式
第三章 差分方程方式差分方程的平稳点及其稳固性设有未知序列{}n x ，称0),,,;(1=++k n n n x x x n F为k 阶差分方程。
假设有)(n x x n =，知足0))(,),1(),(;(=++k n x n x n x n F那么称)(n x x n =是差分方程的解，包括k 个任意常数的解称为的通解，110,,,-k x x x 为已知时，称其为的初始条件，通解中的任意常数都由初始条件确信后的解称为的特解。
形如)()()(11n f x n a x n a x n k k n k n =+++-++的差分方程，称为k 阶线性差分方程。
)(n a i 为已知系数，且0)(≠n a k 。
假设差分方程中的0)(=n f ，那么称差分方程为k 阶齐次线性差分方程，不然称为k 阶非齐次线性差分方程。
假设有常数α是差分方程的解，即0),,,;(=ααα n F ，那么称α是差分方程的平稳点，又对差分方程的任意由初始条件确信的解)(n x x n =，都有)(∞→→n x n α，那么称那个平稳点α是稳固的。
若110,,,-k x x x 已知，那么形如),,,;(11-+++=k n n n k n x x x n g x 的差分方程的解能够在运算机上实现。
下面给出理论上需要的一些特殊差分方程的解。
一阶常系数线性差分方程b x x n n =++α1，（其中b ,α为常数，且0,1-≠α）的通解为)1()(++-=a b C x n n α易知)1(+αb 是方程的平稳点，由式知，当且仅当1<α时，)1(+αb 是稳固的平稳点。
二阶常系数线性差分方程r bx x x n n n =++++12α，其中r b a ,,为常数，当0=r 时，它有一特解0*=x ；当0≠r ，且01≠++b a 时，它有一特解)1(*++=b a r x 。
不管是哪一种情形，*x 是方程的平稳点。
差分方程解法及其在离散系统中的应用
差分方程解法及其在离散系统中的应用差分方程是数学中一类重要的离散数学方程，广泛应用于动态系统建模和离散事件系统的分析。
本文将介绍差分方程的解法以及它在离散系统中的应用。
一、差分方程的定义和基本概念差分方程是一种以离散形式描述系统变化的数学方程。
其基本形式为：Δyₙ = f(n, yₙ₋₁)其中，Δyₙ为相邻两个时刻n和n-1之间y的变化量，f(n, yₙ₋₁)为给定时刻n和n-1之间的函数关系。
二、差分方程求解的方法对于简单的差分方程，可以直接通过迭代求解。
例如，对于一阶线性差分方程：Δyₙ = k其中，k为常数。
可以通过重复应用这一关系求解，即：yₙ = y₀ + kₙ其中，y₀为初始条件，kₙ为Δyₙ在不同时刻的取值。
对于更复杂的差分方程，可以采用数值方法求解，如欧拉法、龙格-库塔法等。
这些方法可以通过将差分方程转化为递推方程，并利用数值计算得到近似解。
三、离散系统中差分方程的应用1. 经济学中的应用差分方程可以用来描述经济系统中的离散变化。
例如，经济增长模型中的劳动力增长率、资本积累速度等，都可以通过差分方程来建模和分析。
2. 自然科学中的应用差分方程在物理学、生态学等自然科学领域中也有广泛的应用。
例如，天体运动、人口增长、物种竞争等系统的演化过程都可以用差分方程来描述和预测。
3. 计算机科学中的应用差分方程在计算机科学中的应用也是十分重要的。
例如，计算机网络中数据包的传输、媒体数据的压缩等问题，都可以通过差分方程来建模和解决。
四、差分方程解法的局限性和改进方法虽然差分方程是一种有效的数学工具，但其在一些特殊情况下存在局限性。
例如，对于非线性和高阶差分方程，常常难以求得解析解。
此时，可以利用数值方法进行近似求解，或者采用数值优化算法寻找最佳解。
总结：差分方程是一种重要的离散数学工具，广泛用于动态系统建模和离散事件系统的分析。
通过合适的差分方程求解方法，可以有效地描述和预测各种离散变化的系统。
差分方程方法总结
a1
k
k 1
a2
k 2
ak 0
称为差分方程(1)的特征方程，其特征方程的根 称为特征根。
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一 .常系数线性差分方程
2.常系数线性非齐次差分方程
常系数线性非齐次差分方程的一般形式:
xn a1 xn1 a2 xn2 ak xnk f (n) (2) 其中 k 为差分方程的阶数，ai (i 1,2,, k ) 为差分
方程的系数， ak 0(k n) ， f (n) 为已知函数。
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二 差分方程的平衡点及其稳定性
1. 一阶线性常系数差分方程的平衡点
一阶线性常系数差分方程的一般形式:
xk 1 axk b, k 0,1,2, * 它的平衡点为 x ax b 的解，不妨记为 x 。
f ( xk 1 ) f ( xk 1 ) 中心差： f ( xk ) (k 1, 2, xk 1 xk 1
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, n)
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三 连续模型的差分方法
2. 定积分的差分方法
问题：已知 f ( x) 在点 xk 处的函数值 f ( xk )(k 0,1,, n) ， 且在 [a, b] 上可积，试求 f ( x) 在 [a, b] 上的积分值
根据定义，则有一般的求积公式:
b
a
f ( x)dx 。
b
a
f ( x)dx Ak f ( xk )
k 0
n
求解差分方程的三种基本方法
求解差分方程的三种基本方法一、引言差分方程是数学中的一种重要的方程类型，它描述了随时间变化的某一物理量的变化规律。
求解差分方程是数学中的一个重要问题，本文将介绍求解差分方程的三种基本方法。
二、递推法递推法是求解差分方程最常用的方法之一。
递推法的基本思想是从已知条件开始，通过不断地递推求出未知条件。
具体步骤如下：1. 将差分方程转化为递推关系式。
2. 根据已知条件确定初始值。
3. 通过递推关系式不断计算出后续值，直到得到所需的未知条件。
4. 验证得到的结果是否符合原来的差分方程。
三、特征根法特征根法也称为特征值法或本征值法，它是求解线性齐次差分方程最常用的方法之一。
特征根法的基本思想是通过求解差分方程对应齐次线性常系数微分方程所对应的特征方程来得到其通解。
具体步骤如下：1. 将差分方程转化为对应齐次线性常系数微分方程。
2. 求出该微分方程对应的特征方程。
3. 求解特征方程得到其特征根。
4. 根据特征根求出微分方程的通解。
5. 将通解转化为差分方程的通解。
四、拉普拉斯变换法拉普拉斯变换法是求解非齐次差分方程最常用的方法之一。
拉普拉斯变换法的基本思想是将差分方程转化为对应的积分方程，并通过求解积分方程来得到其通解。
具体步骤如下：1. 对差分方程进行拉普拉斯变换，将其转化为对应的积分方程。
2. 求解积分方程得到其通解。
3. 对通解进行反变换，得到差分方程的通解。
五、总结本文介绍了求解差分方程的三种基本方法：递推法、特征根法和拉普拉斯变换法。
其中递推法适用于求解线性或非线性齐次或非齐次差分方程；特征根法适用于求解线性齐次差分方程；而拉普拉斯变换法则适用于求解非齐次差分方程。
在实际问题中，我们可以根据具体情况选择合适的方法进行求解。
差分方程的法
差分方程常用解法1、 常系数线性差分方程的解方程)(...110n b x a x a x a n k k n k n =+++-++ （1）其中k a a a ,...,,10为常数，称方程（1）为常系数线性方程。
又称方程0...110=+++-++n k k n k n x a x a x a （2）为方程（1）对应的齐次方程。
如果（2）有形如n n x λ=的解，代入方程中可得： 0...1110=++++--k k k k a a a a λλλ （3） 称方程（3）为方程（1）、（2）的特征方程。
显然，如果能求出方程（3）的根，则可以得到方程（2）的解。
基本结果如下：（1） 若（3）有k 个不同的实根，则（2）有通解：nk k n n n c c c x λλλ+++=...2211，（2） 若（3）有m 重根λ(即m 个根均为λ)，则通解中有构成项：n m m n c n c c λ)...(121----+++（3）若（3）有一对单复根 βαλi ±=，令：ϕρλi e ±=，αβϕβαρarctan,22=+=，则（2）的通解中有构成项： n c n c n nϕρϕρsin cos 21--+ （4） 若有m 重复根：βαλi ±=，φρλi e ±=，则（2）的通项中有构成项:n n c n c c n n c n c c n m m m m n m m ϕρϕρsin )...(cos )...(1221121---++---+++++++综上所述，由于方程（3）恰有k 个根，从而构成方程（2）的通解中必有k 个独立的任意常数。
通解可记为：-n x如果能得到方程（1）的一个特解：*n x ，则（1）必有通解： =n x -n x +*n x （4） 方程（4） 的特解可通过待定系数法来确定。
例如：如果)(),()(n p n p b n b m m n =为n 的m 次多项式，则当b 不是特征根时，可设成形如)(n q b m n 形式的特解，其中)(n q m 为n 的m 次多项式；如果b 是r 重特征根时，可设特解：r n n b )(n q m ，将其代入（1）中确定出系数即可。
(完整版)差分方程的常见解法
(完整版)差分方程的常见解法差分方程的常见解法差分方程是数学中的一种重要方程类型，常用于描述离散事件系统的发展规律。
在求解差分方程时，我们可以采用以下几种常见的解法。
1. 直接求解法直接求解法是最简单且常用的差分方程求解方法之一。
它的基本思想是通过观察差分方程的规律，找到解的形式，并通过代入验证得到确切的解。
举例来说，对于一阶线性差分方程$y_{n+1} = ay_n + b$，我们可以猜测解的形式为$y_n = c\lambda^n$，其中$c$和$\lambda$为待定常数。
将此解代入方程，再通过已知条件解得$c$和$\lambda$的值，从而得到原差分方程的解。
2. 特征方程法特征方程法是一种常用于求解线性齐次差分方程的方法。
对于形如$y_{n+2} = ay_{n+1} + by_n$的差分方程，我们可以通过构造特征方程来求解。
具体步骤是，我们将差分方程中的项移动到一边，得到$y_{n+2} - ay_{n+1} - by_n = 0$。
然后，假设解的形式为$y_n =\lambda^n$，将其代入方程，得到特征方程$\lambda^2 - a\lambda - b = 0$。
解这个特征方程，得到特征根$\lambda_1$和$\lambda_2$，然后通解的形式为$y_n = c_1\lambda_1^n + c_2\lambda_2^n$，其中$c_1$和$c_2$为待定常数。
3. Z 变换法Z 变换法是一种广泛应用于差分方程求解的方法，特别适用于线性时不变差分方程。
该方法的基本思想是将差分方程转化为代数方程，并利用 Z 变换的性质求解。
对于差分方程$y_{n+1} = ay_n + b$，通过取 Z 变换，我们可以得到转化后的方程$Y(z) = azY(z) + b \frac{1}{1 - z^{-1}}$，其中$Y(z)$代表$y_n$的Z 变换。
然后，将方程整理，求解得到$Y(z)$，再通过反 Z 变换将其转换为差分方程的解$y_n$。
第3章差分方程方法
第三章差分方程方法在实质问题中，很多事物所研究的变量都是失散的形式，所成立的数学模型也是失散的，比方政治、经济和社会等领域中的实质问题。
好多时候，即便所建立的数学模型是连续形式，比如象常有的微分方程模型、积分方程模型等，可是常常因为不可以求分析解，而需要用计算机求数值解。
这要求将连续变量在必定的条件下进行失散化，进而将连续模型转变为失散模型，最后归纳为求失散形式的差分方程的问题。
对于差分方程研究和求解方法在成立数学模型、解决实质问题的过程中起侧重要的作用。
3.1 差分方程和常系数线性差分方程3.1.1 差分和差分方程的观点定义 3.1 设函数y f (x) ,记为 y x.当 x 取遍所有的非负整数时, 函数值能够排成一个数列 :y0 , y1 , y2 , , y x ,. 则差y x 1y x称为函数 y x的差分, 也称为一阶差分 , 记为y x,即y x y x 1y x.简单考证差分拥有以下性质:(1) (cy x ) c y x;(2) ( y x z x ) y x z x.又( y x )yx 1 y x ( y x 2 y x 1 ) ( y x 1 y x ) yx 2 2 y x 1 y x : 2 y x称为函数 y x的二价差分,近似地, 能够定义三阶、四阶差分 .定义 2.2 含有未知函数差分或表示未知函数几个期间值的符号的方程称为差分方程 , 如F ( x, y x , y x 1 , y x 2 , , y x n ) 0;G( x, y x , y x 1 , y x 2 , , y x n ) 0;H ( x, y x , y x , 2 y x , , n y x ) 0.差分方程中所含未知函数差分的最高阶数称为此差分方程的阶.假如差分方程中对于未知函数及未知函数的各阶差分都是线性函数 , 就称此方程为线性的 . 假如一个函数代入差分方程后 , 方程恒成立 , 则这个函数称为该差分方程的解 .3.1.2 常系数齐次线性差分方程考虑常系数 k 阶线性差分方程y n a 1 y n 1 a 2 y n 2 a k y n k0 . (3.1)称代数方程k k 1 a k 1a k 0 . (3.2)a 1为方程 (3.1) 的特点方程 , 特点方程的根称为特点根 .常系数线性差分方程的解可依据相应的特点根的状况给出 . 下边分别由特点根为单根、重根和复根的状况写出差分方程的解的状况。
差分方程的求解方法及其应用
差分方程的求解方法及其应用差分方程是数学中一个比较重要的分支，用于描述离散化的动态系统和过程，广泛应用于物理、工程、生态、经济、金融等领域。
通过离散化，可以将连续的问题转化为离散的数值计算问题，从而可以用计算机进行求解。
本文将介绍差分方程的求解方法及其应用，希望能够对读者有所帮助。
一、差分方程的定义差分方程是指包含有未知函数的离散变量的函数方程。
通俗的说，就是说差分方程用来描述离散的数学模型。
一般的差分方程可以写成如下形式：$$y_{n+1} = f(y_n, y_{n-1}, \cdots, y_{n-k+1}, n)$$其中，$y_n$ 是未知函数在 $n$ 时刻的值，$f$ 是一个给定的函数，$k$ 是差分方程中自变量的个数。
当 $k=1$ 时，常常称为一阶差分方程，如下所示：$$y_{n+1} = f(y_n, n)$$此外还有二阶、三阶等高阶差分方程。
差分方程与微分方程相似，都是用来描述某种动态系统的变化规律，只是微分方程是描述连续变化的模型，而差分方程是描述离散变化的模型。
二、差分方程的求解方法差分方程的求解方法可以分为两类，一类是解析解法，即用数学公式直接求解；另一类是数值解法，即用计算机进行数值计算求解。
1. 解析解法对于一些特殊的差分方程，可以用解析解法求出解析解。
解析解法就是通过数学公式直接求解，得到函数在论域上的解析表达式，从而可以对解析表达式进行分析求得有关该函数的很多重要信息。
以一阶线性差分方程为例，即：$$y_{n+1} = ay_n + b, \ \ (n=0,1,2,\cdots)$$其中 $y_0$ 是已知值， $a$ 和 $b$ 是常数。
可以通过数学公式得到该差分方程的解析解：$$y_n = a^ny_0 + b\frac{a^n-1}{a-1}, \ \ (n=0,1,2,\cdots)$$其它的高阶差分方程可以运用代数学、矩阵论、微积分等方法求解。
2. 数值解法数值解法是一种通过数值计算来求解差分方程的方法。
差分方程方法
第四章 差分方程方法在实际中，许多问题所研究的变量都是离散的形式，所建立的数学模型也是离散的，譬如，像政治、经济和社会等领域中的实际问题。
有些时候，即使所建立的数学模型是连续形式，例如像常见的微分方程模型、积分方程模型等等，但是，往往都需要用计算机求数值解。
这就需要将连续变量在一定条件下进行离散化，从而将连续型模型转化为离散型模型，因此，最后都归结为求解离散形式的差分方程解的问题。
关于差分方程理论和求解方法在数学建模和解决实际问题的过程中起着重要作用。
下面就不同类型的差分方程进行讨论。
所谓的差分方程是指：对于一个数列{}n x ，把数列中的前1+n 项()n i x i ,2,1,0=关联起来所得到的方程。
4．1常系数线性差分方程4.1.1 常系数线性齐次差分方程 常系数线性齐次差分方程的一般形式为02211=+⋯+++---k n k n n n x a x a x a x (4.1)其中k 为差分方程的阶数，()k i a i ,,2,1 =为差分方程的系数，且()n k a k ≤≠0。
对应的代数方程02211=++++--k k k k a a a λλλ （4.2） 称为差分方程的（4.1）的特征方程，其特征方程的根称为特征根。
常系数线性齐次差分方程的解主要是由相应的特征根的不同情况有不同的形式。
下面分别就特征根为单根、重根和复根的情况给出差分方程解的形式。
1. 特征根为单根设差分方程（4.1）有k 个单特征根 k λλλλ,,,,321 ，则差分方程（4.1）的通解为nk k n n n c c c x λλλ+++= 2211，其中k c c c ,,,21 为任意常数，且当给定初始条件()0 i i x λ= ()k i ,,2,1 = (4.3)时，可以唯一确定一个特解。
2. 特征根为重根设差分方程（4.1）有l 个相异的特征根()k l l ≤≤1,,,,321λλλλ 重数分别为l m m m ,,,21 且k m li i =∑=1则差分方程（4.1）的通解为n l i m i li n i m i i n i m i i n n c n c n c x lλλλ112112111121-=-=-=∑∑∑+++=同样的，由给定的初始条件（4.3）可以唯一确定一个特解。
差分方程的解法
差分方程的解法1. 引言差分方程是描述离散系统的一种数学工具。
在许多科学领域和工程应用中，差分方程被广泛使用，例如物理学、经济学和计算机科学等。
对于一个给定的差分方程，寻找其解法是非常重要的，因为解法可以帮助我们理解系统的演化和预测其行为。
2. 常用的差分方程解法下面介绍几种常用的差分方程解法：2.1. 递推法递推法是差分方程解法中最常见和最简单的一种方法。
该方法基于差分方程的递推关系，通过迭代计算不同时间步长下的解，并逐步逼近真实解。
递推法适用于一些简单的线性差分方程，例如一阶和二阶差分方程等。
2.2. 特征方程法特征方程法主要用于解线性恒定系数差分方程。
通过将差分方程转化为代数方程，然后求解特征方程的根，可以得到差分方程的通解。
特征方程法适用于一些具有周期性和稳定性的差分方程。
2.3. 变换法变换法是一种将差分方程转化为其他类型方程然后求解的方法。
常见的变换方法有Z变换、拉普拉斯变换和离散傅里叶变换等。
通过变换法，我们可以将差分方程转化为易于求解的形式，从而得到解析解或近似解。
2.4. 迭代法迭代法是一种通过迭代计算逼近差分方程解的方法。
常见的迭代方法有欧拉法、龙格-库塔法和蒙特卡洛方法等。
迭代法适合于解决非线性、复杂或高阶的差分方程，并能够提供数值解。
3. 解法选择的依据在选择差分方程的解法时，我们需要根据差分方程的特性和给定问题的要求来确定一个最合适的解法。
以下是一些选择解法的依据：- 差分方程的类型和形式：不同类型和形式的差分方程可能适用于不同的解法。
- 解的精确性要求：如果需要求得解的精确值，可以选择特征方程法或变换法；如果只需要求得近似解，可以选择递推法或迭代法。
- 计算效率和速度要求：某些解法可能更加高效和快速，适合在大规模计算中使用。
- 可行性和实际性要求：选择对于给定问题实现可行并且实际可行的解法。
4. 结论差分方程的解法多种多样，每种解法都各具特点和适用范围。
在实际应用中，我们需要根据问题的要求和特点选择最合适的解法。
第四差分方程方法
第四章差分法建模现实中的问题通常是连续变化的，但我们常常只能在离散的时间点上对其进行观测和描述。
为了表述这一类的数学模型，我们引入了差分方程的方法。
所谓差分方程，是指在离散时段上描述现实世界中变化过程的数学模型。
下面重点介绍线性差分方程。
4.1 线性差分方程4.1.1 数学背景(1) 定义：对一实数数列, 称形如的方程为线性差分方程，其中是实数，，整数称为差分方程的阶。
例如：方程式就是一个二阶差分方程。
而k=0,1,…为一阶常系数差分方程。
(2) 解法:以二阶线性差分方程为例来说明求解线性差分方程的一般方法。
问题：设二阶线性差分方程其中a,b,c都是实数, 且a, b都不为零, 它的特征方程的根是.试求的表达式?结论(解定理):1) 当两根不同且为实数时, 其通解是;2) 当两根相同时, 其通解是;3) 当两根为一对共轭虚根时, 即;其通解是.其中, , 而是任意常数.(3) 简单实例求Fibonacci数的通项解：差分方程的特征方程：的两特征根互异。
故通解为由初始条件得,将它们代入即得的表达式。
4.2 线性差分方程的平衡点及稳定性4.2.1 一阶线性方程的平衡点及稳定性一阶线性常系数差分方程（1）的平衡点由x+ax=b解得, 为. 若当时, , 则称平衡点是稳定的; 否则是不稳定的.容易看出, 可以用变量代换方法将方程（1）的平衡点的稳定性问题转换为（2）的平衡点=0的稳定性问题。
而对方程（2），因其解可表为所以当且仅当时，方程（2）的平衡点(从而方程(1)的平衡点)才是稳定的。
对于n维向量x(k)和n×n常数矩阵A构成的方程组x(k+1)+Ax(k)=0（3）其平衡点稳定的条件是A的所有特征根均有即均在复平面上的单位圆内。
..2 二阶线性差分方程的平衡点及稳定性考察二阶线性常系数差分方程（4）的平衡点（=0）的稳定性。
为求（4）的通解，写出它的特征方程, 记它的根为, 则（4）的通解可表为（5）其中常数由初始条件确定。
差分方程方法总结
差分方程方法总结差分方程是用来描述离散时间系统行为的一种数学工具。
它们在许多领域中都有广泛的应用，包括物理学、工程学、经济学等。
本文将总结差分方程方法的基本原理和常见应用。
差分方程的基本原理是通过描述系统在不同时间点上的状态来推导出系统的动态行为。
差分方程可以应用于任何离散时间系统，这些系统的行为只在特定时间点上进行观察和量化。
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表示系统在时间点n的状态，f是一个给定的函数，k表示差分方程的阶数，表示系统在过去k个时间点上的状态对当前状态的影响。
差分方程的解可以通过递归方法求得。
给定一个初始条件（通常是系统在初始时间点的状态），可以使用差分方程的递推关系式计算未来时间点上的状态。
例如，对于一个一阶差分方程：y(n+1)=a*y(n)+b其中a和b是常数，可以通过给定的初始条件y(0)求得差分方程的解。
根据递推关系式，可以计算y(1)、y(2)、y(3)等等。
在应用中，差分方程通常用于建模和预测。
通过观察系统在过去时间点上的行为，可以构建一个差分方程来描述系统的动态行为。
然后，可以使用差分方程来预测未来时间点上的系统状态。
这对于许多实际问题是非常有用的，例如经济学中的经济增长模型、工程学中的控制系统等。
此外，差分方程还可以用于分析系统的稳定性和收敛性。
通过分析差分方程的特征根（即差分方程的解的形式），可以得出系统是否稳定或收敛到一个特定的平衡点。
这对于控制系统设计和优化非常重要。
差分方程方法在许多领域中都有广泛的应用。
在物理学中，差分方程可以用于描述离散化的空间或时间系统，例如计算机模拟、粒子追踪等。
在工程学中，差分方程可以用于建模和控制系统，例如电路设计、机器人控制等。
在经济学中，差分方程可以用于经济增长模型、市场预测等。
总结起来，差分方程方法是一种描述离散时间系统行为的数学工具。
它具有简单的原理和应用广泛的特点，并且可以用于建模、预测和分析系统的稳定性和收敛性。
差分方程基本概念和方法
差分方程基本概念和方法差分方程是一种描述离散系统行为的数学模型，与微分方程类似。
差分方程的解描述了系统的演化过程，这使得差分方程在多个领域中有广泛的应用，如物理、生物、经济学等。
差分方程的基本概念：1.序列：差分方程的解是一个序列，即有序数字集合。
通常用{x_n}表示，其中n是自然数。
2.差分算子：在差分方程中，通常使用差分算子△来表示序列的递推关系。
差分算子△的作用是将序列中的元素转化为下一个元素。
3.初始条件：差分方程还需要初始条件。
初始条件是差分方程的一个边界条件，用来确定序列的起点。
差分方程的一般形式为：x_{n+1}=f(x_n)其中，x_{n+1}是序列中的下一个元素，f是一个给定的函数。
差分方程的解法可以分为两种方法：定解条件法和递推法。
1.定解条件法：此方法适用于已知一些递推关系的问题。
定解条件法的基本思想是找到满足差分方程的序列，并给出初始条件来解决方程。
步骤如下：a.先猜测一个可能的递推关系，并将其代入差分方程中。
b.解得的递推关系与给定的初始条件进行比较，如果相符，则该递推关系为差分方程的解。
c.如果猜测的递推关系与初始条件不符，可以再次猜测一个新的递推关系，继续以上步骤，直到找到满足条件的递推关系。
2.递推法：此方法适用于无法直接找到递推关系的情况。
递推法的基本思想是通过已知的序列元素来逐步计算下一个元素，以构造出满足差分方程的序列。
步骤如下：a.给出初始条件，即序列的前几项。
b.根据初始条件计算出序列的下一项，再利用这一项计算出下下一项，以此类推。
c.最终得到满足差分方程的序列。
需要注意的是，差分方程的解不一定存在，且可能存在多个解。
此外，解的形式可能是递推公式、闭式公式或者一个序列。
总之，差分方程是一种离散系统行为的数学模型，差分方程的解描述了系统的演化过程。
通过定解条件法和递推法，我们可以解决差分方程问题并得到满足条件的解。
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。
差分方程求解
差分方程求解什么是差分方程？差分方程是一种求解离散时间系统的数学工具。
与常微分方程相似，差分方程也是描述系统变化的方程，只不过它适用于离散时间点上的模型。
差分方程的核心思想是通过比较相邻时间点上的状态值来描述系统的变化规律。
差分方程可以用来对许多现实世界中的问题建模，例如人口增长模型、物理系统的离散模拟等等。
对差分方程进行求解，可以得到系统随时间变化的解析解或数值解。
差分方程的一般形式差分方程的一般形式可以表示为：x(t+1) = f(x(t))其中，x(t)表示系统在时间点t的状态，x(t+1)表示系统在时间点t+1的状态，f为状态转移函数，描述了系统从t到t+1的映射关系。
差分方程的求解方法差分方程的求解方法可以分为解析解法和数值解法。
解析解法解析解法通过对差分方程进行变换、代换和求解等数学方法，得到其解析解。
解析解通常是对问题的一种精确描述，可以给出系统在任意时间点上的状态。
常见的解析解法包括递推法、特征方程法和变换法等。
递推法通过逐个计算时间点上的状态值，从而得到整个系统的演化过程。
特征方程法则将差分方程转化为线性代数方程组，通过求解特征值和特征向量得到解析解。
变换法通过对差分方程进行变换，将其转化为已知的方程形式，从而简化求解过程。
数值解法数值解法通过离散化差分方程，近似求解系统的状态值。
数值解法通常需要选择合适的离散化方法和数值计算算法，同时需要注意误差控制和稳定性等问题。
常见的数值解法有欧拉法、改进的欧拉法、龙格-库塔法等。
这些方法通过近似计算状态转移函数的值，从而得到系统在每个时间点上的状态。
数值解法的结果通常是离散的，需要对结果进行插值和拟合等处理，以得到系统在连续时间上的状态。
结论差分方程是一种描述离散时间系统变化的数学工具。
对差分方程进行求解，可以得到系统在不同时间点上的状态。
解析解法和数值解法是求解差分方程的主要方法。
解析解法通过数学变换和求解，得到系统的精确解析解；数值解法通过近似计算，得到系统的数值解。
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。
差分方程求通解
差分方程求通解在数学领域中，差分方程是一类描述离散变化的方程。
它们已经得到了广泛的应用，尤其在动力系统、经济学和生物学等领域。
本文将探讨差分方程的通解求解方法，以及如何应用这些方法解决实际问题。
首先，我们需要了解差分方程的定义。
差分方程描述的是离散时间点上的变量之间的关系。
与微分方程相似，差分方程也可以分为一阶和高阶差分方程。
一阶差分方程表示为：$$y_{n+1} = f(n, y_n)$$其中$y_n$是变量的序列，$f(n, y_n)$表示$n$和$y_n$的函数关系。
高阶差分方程可以通过引入更多的变量来表示，例如二阶差分方程可以写为：$$y_{n+2} = f(n, y_n, y_{n+1})$$对于给定的初始条件，差分方程可以得到唯一的解。
解差分方程的通用方法之一是使用递推公式。
递推公式将差分方程的下一个时间点的变量表示为上一个时间点的变量的函数。
通过逐步迭代计算，我们可以找到整个变量序列的通解。
这种方法在一些简单的差分方程中非常有效。
另一种常用的求解差分方程的方法是特征根法。
对于一阶差分方程，我们可以通过代入试验解的形式来求解差分方程的通解。
而对于高阶差分方程，我们可以利用特征方程和特征根的性质来求解。
通过特征方程的根的不同情况，我们可以得到差分方程的不同解的形式。
除了上述方法，差分方程的通解还可以通过求解递推方程所对应的代数方程来获得。
这种方法比较直接，但对于一些复杂的差分方程可能比较困难。
在实际问题中，差分方程的应用非常广泛。
在经济学中，差分方程可以用来描述价格变动、经济增长和市场供需等问题。
在生物学中，差分方程可以用来模拟种群演化和化学反应等现象。
在工程领域，差分方程可以用来优化控制策略和预测系统行为。
总之，差分方程的求解方法是数学领域中重要且实用的技术。
通过使用递推公式、特征根法和代数方程方法，我们可以得到差分方程的通解。
这些方法不仅在理论研究中有重要意义，也在实际问题中有广泛应用。
差分方程方法分析
差分方程方法分析差分方程方法的基本思想是将连续的问题转化为离散的问题，通过逐个计算离散点上的函数值来近似连续系统的演化过程。
它主要用于描述离散时间系统的时间演化，例如金融市场的价格变化、人口增长模型、物理系统的离散化等。
差分方程方法的主要步骤包括建立差分方程模型、选择合适的数值计算方法以及求解差分方程。
其中，建立差分方程模型是差分方程方法的第一步。
它涉及将连续系统的演化过程离散化为一个递推的差分方程，通过将时间或空间分割为若干个离散点，然后在离散点上计算系统的演化。
选择合适的数值计算方法是差分方程方法的关键。
常见的数值计算方法包括显式差分法、隐式差分法、Crank-Nicolson方法等。
显式差分法是一种计算简单但稳定性较差的方法，它根据已知的离散点上的数值计算出下一个离散点的数值；隐式差分法是一种计算复杂但稳定性较好的方法，它通过利用离散点上的数值，同时求解下一个点的数值和当前点的数值；Crank-Nicolson方法则是显式差分法和隐式差分法的结合，既考虑了计算简单性，又考虑了稳定性。
求解差分方程是差分方程方法的最后一步。
求解差分方程的方式取决于具体的问题和数值计算方法。
通常采用迭代法，从已知初始条件开始，依次计算离散点上的数值直到演化结束。
求解过程中需要注意稳定性和收敛性的问题，避免结果的发散或振荡现象。
总之，差分方程方法是一种常见的数学分析方法，适用于解决离散时间或空间系统的演化和变化问题。
它通过离散化连续系统，将其演化过程转化为离散点上的数值计算问题，并通过选择合适的数值计算方法和求解差分方程来得到问题的近似解析。
它在应用领域广泛，为解决实际问题提供了有效的数值计算手段。
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ba h 为很小的数，则有常用的求积公式： n
(1)复化的梯形公式：
n 1
b
a
f ( x ) dx h
k 0
1 f a (k )h 2
15 2016 年 7 月 8日 2016 年7 月 8 日
三 连续模型的差分方法
2. 定积分的差分方法
（2）复化梯形公式：
1. 微分的差分方法
问题：已知 f ( x) 在点 xk 处的函数值 f ( xk )(k 0,1,, n 1) ，且
a x0 x1 xn1 b ，试求函数的导数值 f ( xk )(k 1,2,, n) 。
用差商代替微商，则有
f ( xk 1 ) f ( xk ) 向前差： f ( xk ) (k 1,2,, n) xk 1 xk f ( xk ) f ( xk 1 ) 向后差： f ( xk ) (k 1,2,, n) xk xk 1
分 析
• 代谢和运动（消耗热量）引起体重减少.
25 2016年7月8日
四、案例:减肥计划——节食与运动
模型假设
1）体重增加正比于吸收的热量— —每8000千卡增加体重1公斤；
2）代谢引起的体重减少正比于体重—— 每周每公斤体重消耗200千卡 ~ 320千卡(因人而异), 相当于70公斤的人每天消耗2000千卡 ~ 3200千卡； 3）运动引起的体重减少正比于体重，且与运动 形式有关； 4）为了安全与健康，每周体重减少不宜超过1.5 公斤，每周吸收热量不要小于10000千卡.
方程的系数， ak 0(k n) ， f (n) 为已知函数。
7
2016 年 7 月 8日 2016 年7 月 8 日
二 差分方程的平衡点及其稳定性
1. 一阶线性常系数差分方程的平衡点
一阶线性常系数差分方程的一般形式:
xk 1 axk b, k 0,1,2, * 它的平衡点为 x ax b 的解，不妨记为 x 。
P0是稳定平衡点
y y2 f P3 P2 P0 g P4 y
P0是不稳定平衡点
P3 f g P4
曲线斜率
y0 y3 y1 0
K f Kg
P1 x1 x
y0
0
P2 x0
P0
P1
K f Kg
x
x2 x0 x3
19
2016年7月8日
四、案例:市场经济中的蛛网模型
方程模型
在P0点附近用直线近似曲线
如果 lim xk x ，则称平衡点
* k
x
*
是稳定的，否则是不稳定的。
研究平衡点 x 的稳定性问题，只需要研究 xk 1 axk
*
0
的平衡点 x ＝０的稳定性问题。则 x 要条件是：
*
*
a 1。
0 是稳定的平衡点的充
2016 7月 8日 2016 年年 7月 8日
9
三 连续模型的差分方法
第四章 差分方程方法
常系数线性差分方程； 差分方程的平衡点及其稳定性；
连续模型的差分方法； 案例分析
2
2016 7月 8日 2016 年年 7月 8日
一 .常系数线性差分方程
1.常系数线性齐次差分方程
常系数线性齐次差分方程的一般形式为
xn a1 xn1 a2 xn2 ak xnk 0 (1) 其中 k 为差分方程的阶数， ai (i 1,2,, k ) 为差分方 程的系数，且 ak 0(k n) 。
根据定义，则有一般的求积公式:
b
a
f ( x)dx 。
b
a
f ( x)dx Ak f ( xk )
k 0
n
其中 Ak 为求积系数，它与 xk 的选取方法有关。
14 2016 7月 8日 2016 年年 7月 8日
三 连续模型的差分方法
2. 定积分的差分方法
一般取等距节点 xk a kh(k 0,1,, n) ，其中
xk 1 h( yk )
yk yk 1 xk 1 h 2
设供应函数为 xk 1 x0 [( yk yk 1 ) / 2 y0 ] 需求函数不变
yk y0 ( xk x0 )
二阶线性常系数差分方程
2xk 2 xk 1 xk 2(1 ) x0 , k 1,2,
b
a
n 1 h n1 h f ( x)dx f ( x k ) f ( x k 1) f (a) 2 f ( x k ) f (b) 2 k 0 2 k 1
类似地： 复化辛甫生（Simpson）公式; 复化柯特斯（Cotes）公式等。 （详见教材）
xk 1 x0 ( yk y0 )
~ 价格上涨1单位，
(下时段)供应的增量
~ 消费者对需求的敏感程度 ~ 生产者对价格的敏感程度
21
小, 有利于经济稳定 小, 有利于经济稳定
2016年7月8日
1 经济稳定
四、案例:市场经济中的蛛网模型
结果解释
经济不稳定时政府的干预办法
四、案例:市场经济中的蛛网模型
xk~第k时段商品数量；yk~第k时段商品价格.
消费者的需求关系
生产者的供应关系
y y0 0
需求函数 yk f ( xk )
减函数
供应函数 xk 1 h( yk ) 增函数
yk g ( xk 1 )
f g P0 x0
f与g的交点P0(x0,y0) ~ 平衡点 一旦xk=x0，则yk=y0,
平衡点稳定，即k, xkx0的条件:
1, 2 1
2
( ) 2 8 1, 2 4
1, 2
2 比原来的条件 1 放宽了
平衡点稳定条件
24 2016年7月8日
四、案例:减肥计划——节食与运动
背 景
• 体重指数BMI=w(kg)/l2(m2). 18.5<BMI<25 ~ 正常； BMI>25 ~ 超重; BMI>30 ~ 肥胖. • 多数减肥食品达不到减肥目标，或不能维持 . • 通过控制饮食和适当的运动，在不伤害身体 的前提下，达到减轻体重并维持下去的目标. • 体重变化由体内能量守恒破坏引起. • 饮食（吸收热量）引起体重增加.
1 ( 1 / )
xk x0 xk
P0稳定 K f K g P0不稳定 K f K g
1 ( 1 / )
方程模型与蛛网模型的一致
20
Kf
1/ K g
2016年7月8日
四、案例:市场经济中的蛛网模型
结果解释 结果解释
考察 , 的含义 xk~第k时段商品数量；yk~第k时段商品价格. ~ 商品数量减少1单位, yk y0 ( xk x0 ) 价格上涨幅度
16 2016 年 月 日 2016 年 77 月 88 日
四、案例:市场经济中的蛛网模型
供大于求
价格下降
数量与价格在振荡
减少产量
现 象
增加产量
价格上涨
供不应求
问 题 • 商品数量与价格的振荡在什么条件下趋向稳定?
• 当不稳定时政府能采取什么干预手段使之稳定?
17 2016年7月8日
• 描述商品数量与价格的变化规律.
1 8000 0.025
[ w( k ) 1]
1 c( k 1) w(0) (1 k )
12000 200 k Cm 10000
k 10
第一阶段10周, 每周减1公斤，第10周末体重90公斤 吸收热量为 c(k 1) 12000 200 k , k 0,1,9
x0为平衡点 研究平衡点稳定，即k, xkx0的蛛网模型
模型的推广 2xk 2 xk 1 xk 2(1 ) x0
方程通解 xk c1 c2
k 1 k 2
(c1, c2由初始条件确定)
1, 2~特征根，即方程 22 0 的根
26 2016年7月8日
四、案例:减肥计划——节食与运动
减肥计划
某甲体重100公斤，目前每周吸收20000千卡热量， 体重维持不变。现欲减肥至75公斤.
1）在不运动的情况下安排一个两阶段计划.
第一阶段：每周减肥1公斤，每周吸收热量逐渐减 少，直至达到下限（10000千卡）； 第二阶段：每周吸收热量保持下限，减肥达到目标 2）若要加快进程，第二阶段增加运动，试安排计划. 3）给出达到目标后维持体重的方案.
y y0 0 y g
1. 使 尽量小，如 =0 需求曲线变为水平 以行政手段控制价格不变 2. 使 尽量小，如 =0
f
x g f
供应曲线变为竖直
靠经济实力控制数量不变
22
0
x0
x
2016年7月8日
四、案例:市场经济中的蛛网模型
模型的推广 生产者管理水平提高
• 生产者根据当前时段和前一时 段的价格决定下一时段的产量.
27 2016年7月8日
四、案例:减肥计划——节食与运动
基本模型
w(k) ~ 第k周(末)体重
c(k) ~第k周吸收热量
w(k 1) w(k ) c(k 1) w(k )
1 8000(公斤/千卡） ~ 代谢消耗系数(因人而异)
1）不运动情况的两阶段减肥计划 • 确定某甲的代谢消耗系数 每周吸收20000千卡 w=100公斤不变 c 20000 w w c w 0.025 w 8000 100 即每周每公斤体重消耗 20000/100=200千卡