РЕШЕНИЕ РАЗНОСТНЫХ УРАВНЕНИЙ
Всякое соотношение, связывающее решетчатую функцию и её разности до некоторого порядка к
(12.1)
называется разностным уравнением.
Используя формулу, выражающую разности различных порядков через значения решетчатой функции
можно соотношение (12.1)преобразовать к виду
(12.2)
Если (12.2) содержит в явном виде функции и , то исходное разностное уравнение (12.1) называют уравнением порядка к.
При переходе от разностей решетчатых функций к самим решетчатым функциям могут взаимно уничтожаться как функции , так и функции . И в результате порядок разностного уравнения может отличаться от порядка старшей разности.
Например.
Дано уравнение
.
Используя выражение для разностей, имеем
Подставляем в уравнение, после приведения подобных членов получим.
.
Введем новую переменную m=n+1. Получим
.
Т.о. исходное уравнение является уравнением второго порядка, несмотря на то, что оно содержит разность третьего порядка.
Решетчатая функция , которая обращает уравнение в тождество, называется решением разностного уравнения.
Мы ограничимся рассмотрением лишь линейных разностных уравнений к – го порядка с постоянными коэффициентами
(12.3)
Если , то уравнение называется однородным.
Пусть заданы значения - начальные значения. Применяя к обеим частям уравнения (12.3) дискретное преобразование Лапласа и пользуясь свойством 2 – смещение в области оригиналов (теорема опережения), получим уравнение относительно - изображения искомой функции . Решаем это алгебраическое уравнение относительно . Далее, пользуясь таблицами или формулами обратного преобразования, получим .
Если начальные значения не заданы, то, считая их произвольными постоянными получим общее решение уравнения (12.3).
Если исходное линейное разностное уравнение записано в виде
(12.4)
то метод его решения остается тем же. Но для перехода от оригинала к изображению в левой части уравнения следует воспользоваться свойством 4 – изображением конечных разностей. При этом должны быть заданы начальные значения
Если эти значения не заданы, то, считая их произвольными постоянными, получим общее решение.
Указанный метод применяется и при решении систем разностных уравнений.
Пример 1.
Найти решение уравнения
при начальных условиях
.
Решение:
Пусть
Подставляем в уравнение
.
Откуда находим .
.
Удобно произвести замену .
тогда оригинал:
В таблице 3 приведены наиболее часто встречающиеся в примерах соответствия при D-преобразовании и Z - преобразовании.
Пример 2.
Найти решение уравнения при начальных условиях , .
Решение. Здесь уравнение дано в форме разности. Применяем Z – преобразование к обеим частям уравнения:
Откуда,
Таблица 3
№ | |||
1. | |||
2. | |||
3. | |||
4. | |||
5. | |||
6. | Линейность | ||
7. | Опережение | ||
8. | Запаздывание | ||
9. | Дифференцирование изображения |
Решая это уравнение относительно , получим:
.
Возвращаемся к оригиналу:
Пример 3. Найти решение уравнения x(n+2)+4x(n+1)+3x(n)=1, при начальных условиях x(0)=1, x(1)=1.
Решение.
Применяем Z – преобразование к обеим частям уравнения:
откуда получаем:
Возвращаясь к оригиналу, получим:
Дата добавления: 2021-11-16; просмотров: 306;