Differenssiyhtälö

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Differenssiyhtälö on differentiaaliyhtälön diskreetti analogia. Se siis eroaa differentiaaliyhtälöstä siinä, että yhtälö on määritelty vain joissakin erillisissä pisteissä, hilassa. Yleistajuisemmin sanottuna differenssiyhtälö on yhtälö, jonka tämänhetkinen arvo määräytyy yhden tai useamman edellisen arvon perusteella.

Differenssiyhtälön yleinen muoto on

F(y_{n-k}, y_{n-k+1}, \ldots, y_{n+l-1}, y_{n+l};n) = 0,

missä n \in \mathbb{Z} ja k ja l ovat kiinnitettyjä kokonaislukuja, joita sitoo ehto k+l>0. Edellä esitetty on yleistä muotoa. Ensimmäisen asteen differenssiyhtälö määritellään seuraavalla yhtälöllä:

x(n+1)=f(x(n)), missä n \in \mathbb{Z}. Tällaiset pisteet voidaan myös esittää jonona aloittaen pisteestä x_{0} seuraavasti: x_{0}, f(x_{0}), f(f(x_{0})), f(f(f(x_{0}))),\dots. [1]

Yksinkertaisia differenssiyhtälöitä ovat esimerkiksi

y_{n+1} = ny_n(1 - y_n)\,
y_{n+1}+y_{n-1} = \frac{2ay_n}{1 - y_n^2}.

Terminologiaa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Differenssiyhtälöihin liittyvä terminologia on pitkälti analogista differentiaaliyhtälöiden kanssa. Ellei yhtälö riipu suoraan (eksplisiittisesti) indeksistä n, yhtälö on autonominen. Yllä olevista esimerkeistä jälkimmäinen yhtälö on autonominen. Yhtälön kertaluku puolestaan on luku k+l. Esimerkkiyhtälöistä ensimmäinen on 1. kertalukua, kun alempi on toisen kertaluvun yhtälö.[2]

Yhtälöt jaetaan myös homogenisisiin ja epähomogenisiin. Ensimmäisen asteen homogeninen differenssiyhtälö on muotoa x(n+1)=a(n)x(n),x(n_{0})=x_{0},n\geq n_{0}\geq0 ja epähomogeninen vastaavasti y(n+1)=a(n)y(n)+g(n),y(n_{0})=y_{0},n\geq n_{0}\geq0. Molemmissa yhtälöissä oletetaan, että a(n)\neq0 ja a(n) ja g(n) ovat raaliarvoisia ja määritelty aina, kun n\geq n_{0}\geq0.[3]


Käyttö[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Differenssiyhtälöille on monia sovelluksia muunmuassa insinööritieteiden, fysiikan, kemian ja tietojenkäsittelytieteen aloilla. Erityisesti säätöteoria on tärkeä sovelluskohde differenssiyhtälöille.[4]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Elaydi, Saber: ”1.1”, An Introduction to Difference Equations, s. 1. San Antonio, Teksas, Yhdysvallat: Springer, 2005.
  2. Elaydi, Saber: ”1.1”, An Introduction to Difference Equations, s. 2. San Antonio, Teksas, Yhdysvallat: Springer, 2005.
  3. Elaydi, Saber: ”1.2”, An Introduction to Difference Equations, s. 2. San Antonio, Teksas, Yhdysvallat: Springer, 2005.
  4. Elaydi, Saber: ”Esipuhe ensimmäiseen painokseen”, An Introduction to Difference Equations, s. xi. San Antonio, Teksas, Yhdysvallat: Springer, 2005.

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Tämä matematiikkaan liittyvä artikkeli on tynkä. Voit auttaa Wikipediaa laajentamalla artikkelia.