最新差分方程模版课件.ppt

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第六节 差分方程 * 一、差分的概念与性质 二 差分方程的概念 三 一阶常系数线性差分方程 一、差分的概念与性质 一般地,在连续变化的时间的范围内,变量 关于时间 的变化率是用 来刻画的; 对离散型的变量 我们常用在 规定时间区间上的差商 来刻画变量 的变化率.如果取 ,则 可以近似表示变量 的变化率.由此我们给出差分的定义. 定义1 设函数 ,称改变量 为函数 的差分,也称为函数 的一阶差分,记为 ,即 或 一阶差分的差分 称为二阶差分,即 类似地可定义三节差分,四阶差分,等等. 一般地,函数 的 阶差分的差分称为 阶差分,记为 ,即 二阶及二阶以上的差分统称为高阶差分. 例1 设 ,求 , , 解 例2 设 求 解 设 ,则 . 差分满足以下性质: (2) (3) (4) (1) 例3 求 解 由差分的运算性质,有 . 的差分. 二 差分方程的概念 定义2 含有未知函数 的差分的方程称为差分方程. 或 差分方程中所含未知函数差分的最高阶数称为该差分方程的阶 差分方程的一般形式: 定义3 满足差分方程的函数称为该差分方程的解. 例如,对于差分方程 ,将 代入方程有 故 是该方程的解,易见对任意的常数 都是差分方程 的解. 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 其特点是 都是一阶的. 三 一阶常系数线性差分方程 一阶常系数差分方程的一般方程形式为 其中 为非零常数, 为已知函数.如果 则方程变为 称为一阶常系数线性齐次差分方程,相应地, 时方程 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 已知,将 代入方程 中,得 则 为方程的解.容易验证,对任意常数 都是方程的解,故方程的通解为 一阶常系数线性齐次差分方程的通解可用迭代法求得. 设 例4 求差分方程 的通解. 解 利用公式得,题设方程的通解为 2.一阶常系数线性非齐次差分方程的通解 为齐次方程的通解, 为非齐次方程的一个 为非齐次方程的通解. ,及 将这两式相加得 ,即 为非齐次方程的通解. 定理 设 特解,则 证明 由题设,有 (1) 为非零常数 ,由 ,可按如下迭代法求得特解 给定 齐次方程的通解为 于是方程通解为 时, 当 其中, 为任意常数,且当 时, 为任意常数 例5 求差分方程 的通解. ,故原方程的通解为 解 由于 (2) ( 为非零常数且 ). 时,设 为非齐次方程的特解,其中 为待定系数.将其代入方程,得 解得 ,于是,所求特解为 所以 时,方程的通解为 当 *

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