Sliter med differensligninger

Her kan du stille spørsmål vedrørende problemer og oppgaver i matematikk på høyskolenivå. Alle som har kunnskapen er velkommen med et svar. Men, ikke forvent at admin i matematikk.net er spesielt aktive her.

Moderatorer: Vektormannen, espen180, Aleks855, Solar Plexsus, Gustav, Nebuchadnezzar, Janhaa

Svar
asdf
Cayley
Cayley
Innlegg: 72
Registrert: 14/05-2006 20:43

[tex]x_{n+2}-6x_{n+1}+9x_n=3^n[/tex]

Finn den partikulære løsningen.

Det blir bare et fordømt rot når jeg prøver. Hvis noen kan gå igjennom denne steg for steg vil jeg bli rørt til tårer, nesten.
Gustav
Tyrann
Tyrann
Innlegg: 4558
Registrert: 12/12-2008 12:44

Du løser vel den homogene ligningen først:

[tex]x_{n+2}-6x_{n+1}+9x_n=0[/tex].

Ansatz: [tex]x_n=k^n[/tex] for en foreløpig ukjent konstant k.

Innsatt i ligningen fås karakteristisk ligning [tex](k-3)^2=k^2-6k+9=0[/tex]. Altså får vi en dobbelrot.

Homogen løsning blir [tex]x_n=A3^n+Bn3^n[/tex].

Siden høyresida på den opprinnelige ligningen også er på formen [tex]3^n[/tex] er det natrurlig å gjette på at partikulærløsningen er på formen [tex]x_n=Cn^23^n[/tex]. Konstanten C bestemmes ved innsetting. Vi får at

[tex]C(n+2)^23^{n+2}-6C(n+1)^23^{n+1}+9Cn^23^n=3^n[/tex]

og etter litt utregning blir [tex]C=\frac{1}{18}[/tex].

Generell løsning er summen av homogen og partikulær, altså

[tex]x_n=A3^n+Bn3^n+\frac{1}{18}n^23^n[/tex] for vilkårlige konstanter A og B bestemt av initialbetingelser.
asdf
Cayley
Cayley
Innlegg: 72
Registrert: 14/05-2006 20:43

plutarco skrev:
[tex]C(n+2)^23^{n+2}-6C(n+1)^23^{n+1}+9Cn^23^n=3^n[/tex]

og etter litt utregning blir [tex]C=\frac{1}{18}[/tex].

Generell løsning er summen av homogen og partikulær, altså
Det er dette leddet jeg sliter med. Hvordan skal jeg forholde meg til [tex]3^{n+2}[/tex] osv?
Gustav
Tyrann
Tyrann
Innlegg: 4558
Registrert: 12/12-2008 12:44

asdf skrev:
plutarco skrev:
[tex]C(n+2)^23^{n+2}-6C(n+1)^23^{n+1}+9Cn^23^n=3^n[/tex]

og etter litt utregning blir [tex]C=\frac{1}{18}[/tex].

Generell løsning er summen av homogen og partikulær, altså
Det er dette leddet jeg sliter med. Hvordan skal jeg forholde meg til [tex]3^{n+2}[/tex] osv?
[tex]3^{n+2}=3^n\cdot 3^2=9\cdot 3^n[/tex]

(Del hele ligningen på [tex]3^n[/tex])
asdf
Cayley
Cayley
Innlegg: 72
Registrert: 14/05-2006 20:43

Ja, selvsagt. Takk skal du ha!
asdf
Cayley
Cayley
Innlegg: 72
Registrert: 14/05-2006 20:43

Æsj, jeg vet ikke om jeg skjønner dette allikevel.
plutarco skrev: Siden høyresida på den opprinnelige ligningen også er på formen [tex]3^n[/tex] er det natrurlig å gjette på at partikulærløsningen er på formen [tex]x_n=Cn^23^n[/tex]
Hvorfor det? Altså: Hvor kommer n^2 fra?
Gustav
Tyrann
Tyrann
Innlegg: 4558
Registrert: 12/12-2008 12:44

Når du har såkalt repeterte røtter i den karakteristiske ligningen er det en tommelfingerregel som sier at du, for å få to uavhengige løsninger, "jekker" opp den ene løsningen ved å multiplisere den med variabelen n. (dette er analogt for differensialligninger). Når i tillegg høyresida av ligningen er på samme form som de homogene løsningene "jekker" man opp partikulærløsningen enda et hakk ved å multiplisere med en ekstra n.

Dette er veldig vage løsningsteknikker som man etter å ha jobbet endel med differens. og differensialligninger lærer seg til å se. Det er ikke i utgangspunktet åpenbart at dette gir riktige løsninger, men etterhvert blir man vant til å se dette. Uansett kan du ved innsetting se at løsningene stemmer i etterkant.
Svar