Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

014

.pdf
Скачиваний:
28
Добавлен:
09.02.2015
Размер:
363.09 Кб
Скачать

 

 

 

Fp (n) =

 

 

b

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h(1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обозначим формальную производную характеристического полинома h(r) через h (r) .

Тогда

 

 

k 1

+ ak 1 (k 1)r

k 2

 

+ a1 ,

 

 

 

 

+...

(29)

 

 

h (r) = ak kr

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h(1) = ai i.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(30)

 

i=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 . Будем искать решение (26) в виде

 

 

Пусть h(1) = 0, но h (1)

 

 

 

 

Fp (n) = cn.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(31)

Подставляя (31) в (26), имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ak c(n + k) + ak 1c(n + k 1) +... + a1c(n +1) + a0 cn = b,

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

= b,

 

 

 

 

 

 

c

ai

(n +i)

 

 

 

 

 

 

i=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= b,

 

 

 

 

c(h(1)n + h (1))

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

но h(1) = 0 , а h

(1) 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c =

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h (1)

 

 

 

 

 

 

0 , то уравнение (26) имеет частное решение

 

 

Итак, если h (1)

 

 

 

 

 

Fp (n) =

 

 

bn

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h (1)

 

 

 

 

Обозначим m -ю производную h(r)

через h(m) (r). По определению будем считать

h(0) (r) = h(r). Из курса алгебры известно, что если число α является m -кратным корнем

многочлена h(r) , то h(m) (α) 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теперь частное решение (26) можно записать в виде

 

 

 

Fp (n) =

 

 

bnm

,

 

 

 

(32)

 

 

 

h(m) (1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где m - кратность корня r =1 характеристического многочлена h(r) .

Пример. Решить уравнение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F (n + 2 2F (n +1) + F (n) = 5 при F (0) = 0, F (1) = 3.5.

1.

Составляем ОЛРУ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F (n + 2 2F (n +1) + F (n) = 0.

2.

Составляем характеристическое уравнение

 

 

 

 

 

 

 

h(r) = r 2 2r +1 = 0.

 

 

 

3.

Решаем характеристическое уравнение

 

 

 

 

 

 

 

 

r1 = r2

=1.

 

 

 

 

 

4.

Записываем общее решение ОЛРУ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F (n)

= C 1n

+C

2

n1n = C +C

2

n.

 

0

1

 

 

 

 

1

 

 

 

5.

Находим частное решение НЛРУ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fp (n) =

 

5n2

 

= 2.5n2 ,

 

 

 

h(2) (1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

так как h(2) (r) = (2r 2)′ = 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.

Записываем общее решение НЛРУ

 

 

 

 

 

 

n + 2.5n2 .

 

F (n) = F (n) + F

p

(n) = C +C

2

 

0

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

7.

С учетом начальных условий находим коэффициенты в решении НЛРУ

F (0) = C1 + 0 C2 + 2.5 0 = 0 ,

F (1) = C1 +1 C2 + 2.5 12 = 3.5

получаем C1 = 0, C2 =1 . 8. Записываем решение НЛРУ

F (n) = n + 2.5n2 .

Итак, мы получили явную формулу для вычисления n -го члена последовательности. В заключение вычислим саму последовательность: 0, 3, 5, 12, 25, 5,

РЕШЕНИЕ НЛРУ ПРИ ФУНКЦИИ-МНОГОЧЛЕНЕ

Будем искать частное решение НЛРУ

 

 

 

 

ak F (n + k) + ak 1 F (n + k 1) +... + a1 F (n +1) + a0 F (n) = l

bi ni ,

(33)

 

 

 

i=0

 

 

в виде многочлена той же степени l , что и в правой части (33)

 

 

 

Fp (n) = l

ci ni .

 

(34)

 

i=0

 

 

 

 

Подставляя (34) в (33), получим правило вычисления коэффициентов многочлена

(34)

 

 

 

 

 

k

l

 

l

 

 

ai c j (n +i) j

= bi ni .

 

(35)

i=0 j=0

 

i=0

 

 

Приравнивая коэффициенты в левой и правой части при членах, содержащих

nl ,

получаем

 

 

 

 

 

k

ai cl nl = bl nl ,

i=0

cl = hb(1l ) , при h(1) 0.

Остальные коэффициенты ci находятся аналогично путем приравнивания коэффициентов при ni , i = 0,...,l 1 в (35).

Если 1 является корнем характеристического уравнения h(r) кратности m, то

частное решение НЛРУ следует искать в виде

 

 

 

 

 

 

 

Fp (n) = l

ci ni+m .

 

 

(36)

 

 

 

i=0

 

 

 

 

 

РЕШЕНИЕ НЛРУ ПРИ ФУНКЦИИ-ЭКСПОНЕНТЕ

 

Будем искать частное решение НЛРУ

 

 

F (n) = bαn

 

a

F (n + k) + a

k 1

F (n + k 1) +... + a F (n +1) + a

(37)

k

 

 

1

0

 

 

в виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fp (n) = cαn .

 

 

(38)

Подставляя (38) в (37) имеем

 

 

 

 

 

 

k

ai cαn+i = bαn . i=0

То есть,

Fp (n) = bααn , h( )

если α не является корнем характеристического уравнения h(r) . Если же α является

корнем характеристического уравнения кратности m , то частное решение (37) следует искать в виде

Fp (n) = dαn nm ,

где d - некоторая константа.

Пример. При решении одной задачи теории кодирования установлена рекуррентная зависимость числа умножений M от числа итераций n при построении проверочной матрицы кода

M (n +1) 2M (n) = 4 2n 3, при M (2) = 7.

Запишем ОЛРУ

M (n +1) 2M (n) = 0.

Тогда имеем характеристическое уравнение

h(r) = r 2 = 0

и общее решение ОЛРУ

M 0 (n) = C2n.

Будем искать частное решение в виде

M p (n) = d 2n +e .

Подставляя его в исходное уравнение, имеем

e = 4 2n 3.

Левая часть уравнения не содержит d и, следовательно, предлагаемое частное решение определено неверно (так как 2 – корень характеристического уравнения). Теперь изменим вид частного решения на

M p (n) = dn 2n + e.

Подставляя его в исходное уравнение, имеем e =3, d = 2 . Таким образом,

M (n) = C2n + 2n 2n +3

и, учитывая начальные условия, C = −3. Итак, решение исходного уравнения

M (n) = 2n (2n 3) +3.

РЕКУРРЕНТНЫЕ УРАВНЕНИЯ ОБЩЕГО ВИДА

Рекуррентные уравнения, отличные от линейных рекуррентных уравнений с постоянными коэффициентами, не имеют общего метода решения. Они могут решаться, например, методом проб и ошибок.

Рассмотрим нелинейное уравнение

F (n) = aF mn +bn, при F (1) = b. (39)

Вычислим значение F (n) при подстановке в (39) некоторых констант

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F (m) = aF (1) +bm = b(m + a) = bm 1

+

 

, при n = m;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

2

 

2

 

 

2

 

 

 

a

 

 

a

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F (m

) = aF (m) +bm

 

= b(m

 

+ am + a

) = bm

 

 

1

+

 

+

 

 

 

 

 

, при n = m

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

2

 

3

 

3

 

2

2

3

 

3

 

 

 

a

 

a

2

 

a

3

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F (m

) = aF (m

) +bm

 

= b(m

 

+ am

 

+ a

m + a

) = bm

 

 

1

+

 

+

 

 

 

+

 

 

 

, при n = m

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m m

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теперь можно предположить, что решением уравнения (39)

является

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

log m n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F (n) = bn ri ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(40)

i =0

где r = ma .

Подставляя (40) в (39), имеем

 

n

 

 

n log m n

i

F (n) = aF

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

+bn = a b

 

 

m

 

 

m i =0

 

log m n

 

 

 

log m n

 

 

 

 

= bn

r j + r0

 

= bn ri .

 

 

 

j =1

 

 

 

i =0

 

 

 

 

 

 

log m n1

 

log m n1

 

 

 

+bn = rbn

r

i

 

r

i +1

 

=

 

 

+bn = bn

 

+1

 

 

i =0

 

 

i =0

 

 

 

Таким образом, (40) действительно является решением уравнения (39).

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]