H24 Toisen kertaluvun DY yleistykset

1. Differenssioperaattorin määritelmän mukaan, mitä ovat

a) delta t b)delta 2 t c) delta t3

Vertaa niitä vastaaviin derivoinnissa.

Vastaus:

a) delta t = (t + 1) - t = 1 (myös: )

b) delta 2 t = delta(delta t) = delta 1 = 0 (myös: )

c) delta t3 = (t + 1)3 - t3 = 3 t2 + 3 t + 1

(mutta: !)

2. Etsi erityisratkaisut

a) yt+2 + 2 yt+1 + yt = 3t

b) 3 yt+2 + 9 yt = 3 (4)t

Vihje b): normalisoi ensin

Vastaus:

Oikean puolen termi on tyyppiä c mt. Ratkaisuna kokeillaan yt = B mt, jolloin yt+1 = B mt+1 ja yt+2 = B mt+2

a) c = 1, m = 3, a1 = 2, a2 = 1

B mt+2 + 2 B mt+1 + B mt = 3t

B (32 + 2 (3) + 1)3t = 3t

B = 1/16

[(17.16) mukaan]

b) Normalisoinnin jälkeen: c = 1, m = 4, a1 = 0, a2 = 3

B mt+2 + 3 B mt = 4t

B (42 + 3)4t = 4t

B = 1/19

3. Etsi erityisratkaisut

a) yt+2 - 2 yt+1 + 5 yt = t

b) yt+2 - 2 yt+1 + 5 yt = 4 + 2 t

Vastaus:

a) Koeratkaisu: yp = B0 + B1 t, josta

yt+1 = B0 + B1 (t + 1) = (B0 + B1) + B1 t

ja

yt+2 = B0 + B1 (t + 2) = (B0 + 2 B1) + B1 t

sijoitus yhtälöön yt+2 - 2 yt+1 + 5 yt = t antaa

4 B0 + 4 B1 t = t

siis tässä

4 B0 = 0 ja 4 B1 = 1

ja saadaan

B0 = 0 ja B1 = 1/4

b) Muuten sama kuin edellä paitsi muuttuva termi. Sijoitus antaa:

4 B0 + 4 B1 t = 4 + 2 t

siis

4 B0 = 4 B0 = 1

ja

4. Etsi komplementtifunktion karakteristiset juuret

yt+3 - 1/2 yt+2 - yt+1 + 1/2 yt = 0

Vastaus:

Karakteristinen yhtälö:

eli

(b - ) (b2 - 1) = (b - ) (b + 1) (b - 1)

juuret:, - 1, 1

yc = A1 ()t + A2 (- 1)t + A3

5. Tutki konvergenssi Schurin teoreeman avulla yhtälöstä

yt+2 + 1/2 yt+1 - 1/2 yt = 3

Vastaus:

Homogeeninen versio, jonka parametrit ovat

a0 = 1, a1 = 1/2, a2 = -1/2

mutta

siis: ei konvergoi, delta2 ei ole suurempi kuin 0