Differenciaegyenletek aszimptotikus viselkedésének

Hasonló dokumentumok
VII. A határozatlan esetek kiküszöbölése

3. SOROZATOK. ( n N) a n+1 < a n. Egy sorozatot (szigorúan) monotonnak mondunk, ha (szigorúan) monoton növekvő vagy csökkenő.

Kalkulus I. Első zárthelyi dolgozat szeptember 16. MINTA. és q = k 2. k 2. = k 1l 2 k 2 l 1. l 1 l n 6n + 8

Határértékszámítás. 1 Határátmenet Tétel. (Nevezetes sorozatok) (a) n, n 2,... n α (α > 0), 1 n 0, 1. 0 (α > 0), (b) n 2 0,... 1.

Eötvös Loránd Tudományegyetem Informatikai Kar. Analízis 1. Írásbeli tételek. Készítette: Szántó Ádám Tavaszi félév

(A TÁMOP /2/A/KMR számú projekt keretében írt egyetemi jegyzetrészlet):

Nevezetes sorozat-határértékek

Analízis I. gyakorlat

Matematika I. 9. előadás

A primitív függvény létezése. Kitűzött feladatok. határérték, és F az f egy olyan primitívje, amelyre F(0) = 0. Bizonyítsd be,

Eötvös Loránd Tudományegyetem Informatikai Kar. Analízis 1. Írásbeli beugró kérdések. Készítette: Szántó Ádám Tavaszi félév

Innen. 2. Az. s n = 1 + q + q q n 1 = 1 qn. és q n 0 akkor és csak akkor, ha q < 1. a a n végtelen sor konvergenciáján nem változtat az, ha

1 k < n(1 + log n) C 1n log n, d n. (1 1 r k + 1 ) = 1. = 0 és lim. lim n. f(n) < C 3

2. fejezet. Számsorozatok, számsorok

Sorozatok, határérték fogalma. Függvények határértéke, folytonossága

Hajós György Versenyre javasolt feladatok SZIE.YMÉTK 2011

Prímszámok a Fibonacci sorozatban

Debreceni Egyetem, Közgazdaság- és Gazdaságtudományi Kar. Feladatok a Gazdasági matematika I. tárgy gyakorlataihoz. Halmazelmélet

I. rész. Valós számok

Gyakorló feladatok II.

Debreceni Egyetem. Kalkulus példatár. Gselmann Eszter

18. Differenciálszámítás

INJEKTIVITÁS ÉS EGYÉB TULAJDONSÁGOK MEGOLDOTT FELADATOK

Kitűzött feladatok Injektivitás és egyéb tulajdonságok 69 KITŰZÖTT FELADATOK

(d) x 6 3x 2 2 = 0, (e) x + x 2 = 1 x, (f) 2x x 1 = 8, 2(x 1) a 1

A függvénysorozatok olyanok, mint a valós számsorozatok, csak éppen a tagjai nem valós számok,

V. Deriválható függvények

Ingatlanfinanszírozás és befektetés

VÉLETLENÍTETT ALGORITMUSOK. 1.ea.

ANALÍZIS I. TÉTELBIZONYÍTÁSOK ÍRÁSBELI VIZSGÁRA

A sorozat fogalma. függvényeket sorozatoknak nevezzük. Amennyiben az értékkészlet. az értékkészlet a komplex számok halmaza, akkor komplex

10.M ALGEBRA < <

MATEMATIKA I. KATEGÓRIA (SZAKKÖZÉPISKOLA)

A tárgy címe: ANALÍZIS 1 A-B-C (2+2). 1. gyakorlat

2. Hatványsorok. A végtelen soroknál tanultuk, hogy az. végtelen sort adja: 1 + x + x x n +...

ALGEBRA. egyenlet megoldásait, ha tudjuk, hogy egész számok, továbbá p + q = 198.

= λ valós megoldása van.

f (M (ξ)) M (f (ξ)) Bizonyítás: Megjegyezzük, hogy konvex függvényekre mindig létezik a ± ben

4. Test feletti egyhatározatlanú polinomok. Klasszikus algebra előadás NE KEVERJÜK A POLINOMOT A POLINOMFÜGGVÉNNYEL!!!

FELADATOK A KALKULUS C. TÁRGYHOZ

A felhasznált térfogalmak: lineáris tér (vektortér), normált tér, Banach tér, euklideszi-tér, Hilbert tér. legjobban közelítõ elem, azaz v u

1 n. 8abc (a + b) (b + c) (a + c) 8 27 (a + b + c)3. (1 a) 5 (1 + a)(1 + 2a) n + 1

ANALÍZIS I. DEFINÍCIÓK, TÉTELEK

Kvantum párhuzamosság Deutsch algoritmus Deutsch-Jozsa algoritmus

18. Valószín ségszámítás. (Valószín ségeloszlások, függetlenség. Valószín ségi változók várható

1 h. 3. Hogyan szól a számtani és a mértani közép közötti összefüggést kifejező tétel?

A G miatt (3tagra) Az egyenlőtlenségek két végét továbbvizsgálva, ha mindkét oldalt hatványozzuk:

Metrikus terek. továbbra is.

f(n) n x g(n), n x π 2 6 n, σ(n) n x

Feladatok valós számsorozatokkal és sorokkal. 1.Feladatok valós számsorozatokkal

ANALÍZIS 1. I. VIZSGA január 11. Mérnök informatikus szak α-variáns Munkaidő: 90 perc., vagyis z 2 1p = i 1p = ( cos 3π 2 2

III. FEJEZET FÜGGVÉNYEK ÉS TULAJDONSÁGAIK


Statisztika 1. zárthelyi dolgozat március 21.

1. Sajátérték és sajátvektor

Obudai Egyetem RKK Kar. Feladatok a Matematika I tantárgyhoz

Lineáris kódok. u esetén u oszlopvektor, u T ( n, k ) május 31. Hibajavító kódok 2. 1

Pályázat címe: Pályázati azonosító: Kedvezményezett: Szegedi Tudományegyetem Cím: 6720 Szeged, Dugonics tér

min{k R K fels korlátja H-nak} a A : a ξ : ξ fels korlát A legkisebb fels korlát is:

Komplex számok (el adásvázlat, február 12.) Maróti Miklós

KITŰZÖTT FELADATOK A X. OSZTÁLY SZÁMÁRA

1. A radioaktivitás statisztikus jellege

1. Gyökvonás komplex számból

2. gyakorlat - Hatványsorok és Taylor-sorok

Fourier sorok FO 1. Trigonometrikus. A diákon megjelenő szövegek és képek csak a szerző (Kocsis Imre, DE MFK) engedélyével használhatók fel!

2.1. A sorozat fogalma, megadása és ábrázolása

Hiba! Nincs ilyen stílusú szöveg a dokumentumban.-86. ábra: A példa-feladat kódolási változatai

1. Gyökvonás komplex számból

Matematika B4 I. gyakorlat

ismertetem, hogy milyen probléma vizsgálatában jelent meg ez az eredmény. A kérdés a következő: Mikor mondhatjuk azt, hogy bizonyos események közül

TARTALOMJEGYZÉK MATEMATIKAI ANALÍZIS I. FEJEZET. A PRIMITÍV FÜGGVÉNY ÉS A HATÁROZATLAN INTEGRÁL...5 II. FEJEZET. INTEGRÁLÁSI MÓDSZEREK...

Numerikus módszerek 1.

Sorozatok október 15. Határozza meg a következ sorozatok határértékeit!

Analízis előadás és gyakorlat vázlat

Véletlenszám generátorok és tesztelésük. Tossenberger Tamás

A Secretary problem. Optimális választás megtalálása.

Kalkulus gyakorlat - Megoldásvázlatok

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Függvények határértéke 69. III. Függvények határértéke

Lineáris kódok. sorvektor. W q az n dimenziós s altere. 3. tétel. t tel. Legyen K [n,k,d] kód k d (k 1). Ekkor d(k)=w(k)

Nagyméretű nemlineáris közúti közlekedési hálózatok speciális analízise

A figurális számokról (IV.)

Határértékszámítás. (szerkesztés alatt) Dr. Toledo Rodolfo április A határátmenet és a műveletek 12

Sorozatok, sorok, függvények határértéke és folytonossága Leindler Schipp - Analízis I. könyve + jegyzetek, kidolgozások alapján

GAZDASÁGMATEMATIKA KÖZÉPHALADÓ SZINTEN

EGYENLETEK ÉS EGYENLETRENDSZEREK MEGOLDÁSA A Z n HALMAZON. egyenletrendszer megoldása a

Kombinatorika. Variáció, permutáció, kombináció. Binomiális tétel, szita formula.

Statisztika 1. zárthelyi dolgozat március 18.

Matematikai játékok. Svetoslav Bilchev, Emiliya Velikova

16. Az AVL-fa. (Adelszon-Velszkij és Landisz, 1962) Definíció: t kiegyensúlyozott (AVL-tulajdonságú) t minden x csúcsára: Pl.:

forgási hiperboloid (két köpenyű) Határérték: Definíció (1): Az f ( x, y) függvénynek az ( x, y ) pontban a határértéke, ha minden

Feladatok matematikából 3. rész

Rudas Tamás: A hibahatár a becsült mennyiség függvényében a mért pártpreferenciák téves értelmezésének egyik forrása

Numerikus sorok. Kónya Ilona. VIK, Műszaki Informatika ANALÍZIS (1) Oktatási segédanyag

Diszkrét matematika gyakorlat 1. ZH október 10. α csoport

Számsorozatok. 1. Alapfeladatok december 22. sorozat határértékét, ha. 1. Feladat: Határozzuk meg az a n = 3n2 + 7n 5n létezik.

Függvénygörbe alatti terület a határozott integrál

Optimalizálási eljárások GYAKORLAT, MSc hallgatók számára. Analízis R d -ben

n akkor az n elem összes ismétléses ... k l k 3 k 1! k 2!... k l!

XXVI. Erdélyi Magyar Matematikaverseny Zilah, február II.forduló -10. osztály

Átírás:

Differeciaegyeletek aszimptotikus viselkedéséek vizsgálata Mathematica segítségével Botos Zsófia Újvidéki Egyetem TTK Újvidék Szerbia E-mail: botoszsofi@yahoo.com 1. Bevezető Tekitsük az késleltetett diszkrét változójú differeciaegyeletet ahol x +1 = (1 a )x +b x p (1.1) {a } {b } valós számsorozatok 0 < a < 1 (1.2) {p } természetes számok sorozata (1.3) p és lim p =. (1.4) Legye N a természetes számok halmaza R pedig a valós számok halmaza. Legye 0 egy pozitív egész szám és legye 1 = mi{p l : l 0 }. Ha akkor mide j természetes szám eseté j = mi{l : p l > j 1 } j = 123... j j 1 +1 lim j j = és 1 p < j j < j+1. Megfelelő számú adott x 1 x 1 +1...x 0 R (1.5) kezdetiértékekesetéaz{x }sorozataz(1.1)(1.5)kezdetiértékproblémaegyértelmű megoldása. Speciális késleltetést okozó {p } sorozatok esetébe mit a p = p kostas késleltetés vagy a p = [ ] p illetve a p = [ p ] patográf késleltetés ahol p > 1 természetes szám becslés adható a megoldássorozat aszimptotikus viselkedésére potosabba a megoldássorozat ullhoz tartásáak sebességére. A mukába bemutatjuk hogy adott késleltetéssorozatra a kezdeti értékek változtatása em hat ki a megoldássorozat aszimptotikus viselkedésére viszot külöböző típusú késleltéssorozatok esetébe a megoldássorozat gyorsabba vagy lassabba tarthat ullához. A számítógépes kísérletezés sorá és a szemléltető példák ábrázolásáál a Mathematica szoftver yújtott segítséget. 1

2. A számítógépes kísérletezés sorá felhaszált tételek A következő eredméyek becslést adak arra hogy az(1.1)(1.5) kezdetiérték probléma megoldása milye gyorsa tart ullához. 2.1. Tétel. Tegyük fel hogy érvéyesek a (1.2)(1.3)(1.4) feltételek va olya {ρ } pozitív számsorozat amely az = 1 1 + 1... értékekre értelmezett és igaz rá hogy b ρ a ρ p 0 valamit va olya R valós szám amelyre l (1+R j ) R j=0 mide l pozitív egész számra ahol 1 R j := max j < j+1 ρ ρ i i= j 1 ρ i ρ i+1 1 l=i+1 (1 a l ) j = 012... Legye {x } az (1.1) (1.5) kezdetiérték probléma megoldása és legye Ekkor érvéyes hogy M 0 = max 1 < 0 ρ x. x M 0R ρ 0. A következő három állítás a 2.1. Tételből következik melyeket speciális késleltetést okozó {p } sorozatok esetére fogalmazuk meg. [ ] 2.1. Következméy. Legye az (1.1) egyeletbe p = ahol p > 1 természetes p szám. Tegyük fel hogy érvéyes az (1.2) feltétel valamit létezik olya Q és α valós szám hogy 0 < Q 1 0 < α < 1 és b a Q valamit α a ha p 0. Legye {x } az (1.1) (1.5) kezdetiérték probléma megoldása. Ekkor x C k ha p 0 ahol { C = max k x } ( 1+ k(pj+1 0 ) k ) 1 < 0 j=0 α(p j 0 1) k+1 és k = logq log(p+1). 2

2.2. Következméy. Legye az (1.1)egyeletbep = [ p ] aholp > 1 természetes szám. Tegyük fel hogy érvéyes az (1.2) feltétel valamit létezik olya Q és α valós szám hogy 0 < Q 1 0 < α < 1 és b a Q valamit α a ha p 0. Legye {x } az (1.1) (1.5) kezdetiérték probléma megoldása. Ekkor ahol x C log k ha p 0 { C = max log k x } ( 1+ 1 < 0 j=0 és k = logq log(p+1). kp k(j+1) log k 0 α( pj 0 1)log k+1 ( pj 0 1) 2.3. Következméy. Legye az (1.1) egyeletbe p = p ahol p 1 természetes szám. Tegyük fel hogy érvéyesaz (1.2) feltétel valamitva olya λ > 1 valós szám hogy b 1 λ+λa λ p+1 ha 0. Legye {x } az (1.1) (1.5) kezdetiérték probléma megoldása. Ekkor x C λ ha 0 ) ahol { } C = max x λ 0. 1 < 0 3. A számítógépes kísérletezés példái A számítógépes kísérletezés igazolja hogy megfelelő módo választott együttható sorozatok és késleltetéssorozat eseté teljesülek a feti következméyek feltételei és hogy a kezdeti értékek választása em hat ki a megoldássorozat aszimptotikus viselkedésére. 3.1. Példa. Legye a = 1 4 + 1 (+1) 3b = 1 3 ( ) 1 4 + 1 (+1) 3 0 = 2 és p = 2. Ekkor k = 1 és ρ = választással teljesülek a 2.1. Következméy feltételei. Az ábrá azt láthajuk hogy x i = i 2 π i = 01... kezdeti értékekre a 10 ± C = 2... sorozatok között helyezkedek el ahol C = 53 3388. 3

Külöböző típusú késleltés sorozatok esetébe a megoldás sorozat gyorsabba vagy lassabba tarthat ullához vagyis ha a kostas késleltetés helyett patográf késleltetést alkalmazuk a következő példába megfigyelhetjük hogy a 2.2. Következméy feltételeire a megoldás sorozat lassabba kovergál a ulla felé mit a 2.1. Következméy feltételeire. 3.2. Példa. Legye a = 1 4 + 1 (+1) 3b = 1 ( ) 1 3 4 + 1 (+1) 3 0 = 2ésp = 2. Ekkork = 1ésρ = választássalteljesüleka2.2. Következméy feltételei. Az ábrá azt láthatjuk hogy x i = i 2 π i = 01... kezdeti értékekre a 10 ± C = 2... log sorozatok között helyezkedek el ahol C = 3 40326. Az ábráko látható hogy a 3.2. Példa burkoló sorozata lassabba közelít a ulla felé mit a 3.1. Példa burkoló sorozata. 4

Ha az (1.5) kezdeti értékeket változatjuk változik a megoldás sorozat de mide esetbe a két megadott sorozat között va. A következő példába a kezdőértékek legyeek egy mooto övekvő sorozat elemei. 3.3. Példa. Legye a = 1 4 + 1 (+1) 3b = 1 3 ( ) 1 4 + 1 (+1) 3 0 = 2 és p = 2. Ekkor k = 1 és ρ = választással teljesülek a 2.1. Következméy feltételei. Az ábrá azt láthatjuk hogy x i = i 2 i = 01... kezdeti értékekre a ± C = 2... sorozatok között helyezkedek el ahol C = 213 355. Összehasolítva a 3.1. Példa és a 3.3. Példa ábráit arra a következtetésre jutuk hogy a kezdeti értékek változtatásával változott a megoldás sorozat de továbbra is a két megadott sorozat között helyezkedik el. A következő példába vizsgáljuk mi törtéik ha a 3.3. Példa kezdeti értékeire a 2.2. Következméyt alkalmazzuk. 3.4. Példa. Legye a = 1 4 + 1 (+1) 3b = 1 3 ( ) 1 4 + 1 (+1) 3 0 = 2ésp = 2. Ekkork = 1ésρ = választássalteljesüleka2.2. Következméy feltételei. Az ábrá azt láthatjuk hogy x i = i 2 i = 01... kezdeti értékekre a ± C = 2... log sorozatok között helyezkedek el ahol C = 27 7744. 5

Megfigyelhető hogy a 3.4. Példa megoldás sorozata sokkal lassabba kovergál a ulla felé mit a 3.3. Példa megoldsás sorozata. Legyeek a kezdeti értékek mooto csökkeő sorozat elemei: 3.5. Példa. Legye a = 1 4 + 1 (+1) 3b = 1 ( ) 1 3 4 + 1 (+1) 3 0 = 2 és p = 2. Ekkor k = 1 és ρ = választással teljesülek a 2.1. Következméy feltételei. Az ábrá azt láthatjuk hogy x i = i 2 +1 ii = 01... kezdeti értékekre a ± C = 2... sorozatok között helyezkedek elahol C = 12 5916. 3.6. Példa. Legye a = 1 4 + 1 (+1) 3b = 1 ( ) 1 3 4 + 1 (+1) 3 6

0 = 2ésp = 2. Ekkork = 1ésρ = választássalteljesüleka2.2. Következméy feltételei. Az ábrá azt láthatjuk hogy x i = i 2 +1 ii = 01... kezdeti értékekre a ± C = 2... log sorozatok között helyezkedek el ahol C = 1 63916. A 3.5. Példa és 3.6. Példa összehasolításáál arra a következtetésre jutuk hogy ugyaazo mooto csökkeeő kezdeti érték sorozatra külöböző típusú késleltés sorozatok esetébe a 3.5. Példa megoldás sorozata gyorsabba tart a ullához mit a 3.6. Példa megoldás sorozata. Legye a kezdeti érték sorozat egy oszcilláló sorozat elemei: 3.7. Példa. Legye a = 1 4 + 1 (+1) 3b = 1 ( ) 1 3 4 + 1 (+1) 3 0 = 2 és p = 2. Ekkor k = 1 és ρ = választással teljesülek a 2.1. Következméy feltételei. Az ábrá azt láthatjuk hogy x i = ( 1) i i 2 i = 01... kezdeti értékekre a ± C = 2... sorozatok között helyezkedek el ahol C = 213 355. 7

3.8. Példa. Legye a = 1 4 + 1 (+1) 3b = 1 ( ) 1 3 4 + 1 (+1) 3 0 = 2ésp = 2. Ekkork = 1ésρ = választássalteljesüleka2.2. Következméy feltételei. Az ábrá azt láthatjuk hogy x i = ( 1) i i 2 i = 01... kezdeti értékekre a ± C = 2... log sorozatok között helyezkedek el ahol C = 27 7744. Oszcilláló kezdeti értékre is kostas késleltetés eseté a megoldás sorozat gyorsabba kovergál a ulla felé mit a patográf késleltetéskor. A következő példákba vizsgáljuk hogya hat ki a megoldás sorozatra ha változtatjuk az a b sorozatokat az előző példákhoz viszoyítva. 8

3.9. Példa. Legye a = 1 7 + 1 7b = 1 7 7 + 1 7 ) 0 = 2 és p = 2. Ekkor k = 1 és ρ = választással teljesülek a 2.1. Következméy feltételei. Az ábrá azt láthatjuk hogy x i = i 2 π i = 01... kezdeti értékekre a 10 ± C = 2... sorozatok között helyezkedek el ahol C = 53 3388. A 3.1. Példa és a 3.9. Példa összehasolításakor láthatjuk hogy külöböző késleltetett diszkrét változójú differeciaegyeletre alkalmazva a 2.1. Következméyt a megoldások eltérő gyorsasággal kovergálak a ulla felé. 3.10. Példa. Legye a = 1 7 + 1 7b = 1 7 7 + 1 7 ) 0 = 2ésp = 2. Ekkork = 1ésρ = választássalteljesüleka2.2. Következméy feltételei. Az ábrá azt láthatjuk hogy x i = i 2 π i = 01... kezdeti értékekre a 10 ± C = 2... log sorozatok között helyezkedek el ahol C = 3 40326. 9

3.11. Példa. Legye a = 1 7 + 1 7b = 1 7 7 + 1 7 ) 0 = 2 és p = 2. Ekkor k = 1 és ρ = választással teljesülek a 2.1. Következméy feltételei. Az ábrá azt láthatjuk hogy x i = i 2 i = 01... kezdeti értékekre a ± C = 2... sorozatok között helyezkedek el ahol C = 213 355. 3.12. Példa. Legye a = 1 7 + 1 7b = 1 7 7 + 1 7 ) 10

0 = 2ésp = 2. Ekkork = 1ésρ = választássalteljesüleka2.2. Következméy feltételei. Az ábrá azt láthajuk hogy x i = i 2 i = 01... kezdeti értékekre a ± C = 2... log sorozatok között helyezkedek el ahol C = 27 7744. 3.13. Példa. Legye a = 1 7 + 1 7b = 1 7 7 + 1 7 ) 0 = 2 és p = 2. Ekkor k = 1 és ρ = választással teljesülek a 2.1. Következméy feltételei. Az ábrá azt láthatjuk hogy x i = i 2 +1 ii = 01... kezdeti értékekre a ± C = 2... sorozatok között helyezkedek el ahol C = 12 5916. 11

3.14. Példa. Legye a = 1 7 + 1 7b = 1 7 7 + 1 7 ) 0 = 2ésp = 2. Ekkork = 1ésρ = választássalteljesüleka2.2. Következméy feltételei. Az ábrá azt láthatjuk hogy x i = i 2 +1 ii = 01... kezdeti értékekre a ± C = 2... log sorozatok között helyezkedek el ahol C = 1 63916. 3.15. Példa. Legye a = 1 7 + 1 7b = 1 7 7 + 1 7 ) 12

0 = 2 és p = 2. Ekkor k = 1 és ρ = választással teljesülek a 2.1. Következméy feltételei. Az ábrá azt láthatjuk hogy x i = ( 1) i i 2 i = 01... kezdeti értékekre a ± C = 2... sorozatok között helyezkedek el ahol C = 213 355. 3.16. Példa. Legye a = 1 7 + 1 7b = 1 7 7 + 1 7 ) 0 = 2ésp = 2. Ekkork = 1ésρ = választássalteljesüleka2.2. Következméy feltételei. Az ábrá azt láthatjuk hogy x i = ( 1) i i 2 i = 01... kezdeti értékekre a ± C = 2... log sorozatok között helyezkedek el ahol C = 27 7744. 13

Refereces [1] Szili L. Tóth J. Matematika s Mathematica ELTE Eötvös Kiadó Budapest 1996. [2] Z. Stojaković M. Stojaković Vodič za LaTex Uiverzitet u Novom Sadu PMF Departma za matematiku i iformatiku (1996) 200-215. [3] H. Péics O the Asymptotic Behaviour of a Patograph-type Differece Equatio Joural of Differece Equatios ad Applicatios 6 (2000) 257-273. [4] H. Péics A. Rožjik Asymptotic Behavior of Solutios of a Scalar Delay Differece Equatios with Cotiuous Time Novi Sad Joural of Mathematics 38 No. 3 (2008) 111-122. 14