Geschreven door studenten die geslaagd zijn Direct beschikbaar na je betaling Online lezen of als PDF Verkeerd document? Gratis ruilen 4,6 TrustPilot
logo-home
Samenvatting

Samenvatting Further Mathematics For Economic Analysis - Difference- and Differential Equations Lectures

Beoordeling
-
Verkocht
-
Pagina's
21
Geüpload op
18-01-2024
Geschreven in
2023/2024

Samenvatting van het vak Difference- and Differential Equations gekoppeld aan het boek Further Mathematics For Economic Analysis

Instelling
Vak

Voorbeeld van de inhoud

Difference- and Differential Equations
Freeke Boerrigter
Lecture 1
First Order Ordinary Differential Equations (first-order ODE)
F ( t , x ( t ) , x ' ( t ) )=0 ,t ∈ T
Where F is a function of at most 3 variables and t ⊆T

Ordinary implies that x is only differentiated with respect to one variable.

Autonomous – a first-order ODE that does not depend on t , can be written as F ( x ( t ) , x ' ( t ) )=0

Linear – if ( y , z ) → F ( t , y , z )

Four types of first order ODE’s:
1. x ' ( t )=g ( t ) -> type I ODE
t

Solution: x (t )=∫ g ( s ) ds+ c , where c=x ( t 0 )
t0

2. x ( t )=f (t ) g ( x ( t ) ) -> separable ODE
'

t

Solution: P ( x ( t ) )=∫ f ( s ) ds+C
t0

3. x ' ( t )=f (t ) x ( t ) -> homogenous linear ODE
t ' t
x ( s)
Solution: ∫ ds=∫ f ( s )
t x (s )
0 t 0


⇒ log|x ( t )|=F ( t ) +c
⇒ x ( t ) =D e F ( t )
4. x ' ( t )=f (t ) x ( t )+ g (t ) -> in inhomogeneous linear ODE
t t
x ' ( s)
Solution: first ∫ ds=∫ f ( s )
t x (s)
0 t 0


⇒ log|x ( t )|=F ( t ) +c
¿
Then, we figure out that x ( t )=g ( t ) is a particular solution of the inhomogeneous ODE. So,
the general solution reads: x (t )=D e F (t ) + g ( t )

Method of Undetermined Coefficients g ( t )
¿
- If gis constant, find a solution x ≡a for some a ∈ R
- If g is a polynomial of degree n ≥ 1, find a solution that is an n th degree polynomial
- If g ( t )=c e p ( t ) where p is a polynomial of degree n ≥ 1, find a solution x ¿ ( t )=q ( t ) e p ( t ) for
some n th degree polynomial
¿
- If g ( t )=α sin ( rt ) + β cos ( rt ) ,find a solution x ( t )=Asin ( rt )+ Bcos ( rt ) for some A , B

Equilibrium solution – a solution of the first-order ODE of the form x ¿ ≡a . Find this by solving
F ( t , a ,0 )=0 .

Variation of constants -> replace the constant in the general solution x ' (t)=f ( t ) x (t) by a function
and then try to find the right function to obtain the general solution of x ' ( t )=f (t ) x ( t )+ g (t )
- The general solution of x ' ( t )=f (t ) x ( t ) is x (t )=c e F (t )
- Replace the constant c by an unknown function C :T → R

1

, - This results in x (t )=C ( t ) e F (t ), with C an unknown function
- Substitute x (t )=C ( t ) e F (t ) into the ODE and solve for C




Lecture 2
Consider the first order ODE
x ( t )=F ( t , x ( t ) ), where F : T × U → R with U ⊆ R
'

A solution x of (1) is called stable if for every ε > 0 there exists a δ >0 such that for every solution ~ x
~
defined on an interval [ t 0 ,t 1 ], where t 1> t 0 , with | ( 0 ) ~
x t −x ( t )| one has that x is a solution on T
≤ δ
and
|~x ( t ) −x ( t )|≤ ε , ∀ t ∈T
A stable solution x is called (locally) asymptotically stable if there exists a δ >0 such that for every
x with |~
solution ~ x ( t 0 ) −x ( t 0 )|≤ δ one has
lim (~x ( t )−x ( t ) ) =0
t→∞


A stable solution x is called globally asymptotically stable if there exists a δ >0 such that for every
x with |~
solution ~ x ( t 0 ) −x ( t 0 )|≤ δ one has
lim (~x ( t )−x ( t ) ) =0
t→∞
Globally is more powerful than locally.

Phase diagrams can be constructed as follows:
- Determine the roots of F ( x )=0. Indicate the roots with dots on the x-axis
- Determine the sign of F for each interval between such dots. If F is negative (positive) on
some interval, draw an arrow pointing to the left (right) in that interval

If both arrows point towards a dot located at a , solutions close to a converge to a : the equilibrium
solution x ≡ a is asymptotically stable.
If both arrows point away from a , solutions close to a diverge away from a : the equilibrium solution
x ≡ a is unstable.
If one arrow is pointing away from a dot located at a and the other one is pointing towards a , then
x ≡ a is unstable.

Assessing the stability of equilibrium solutions
Let F :U → R where U ⊆ R be a C 1 function. Consider this differential equation x ( t )=F ( x ( t ) ).
'

Suppose that F ( a )=0 for some a ∈ U . Then:
- If F ' ( a )< 0, then the equilibrium solution x ≡ a is asymptotically stable
- If F ' ( a )> 0, then the equilibrium solution x ≡ a is unstable

The Fundamental Theorem of Differential Equations




2

, ∂F
Let F :T × U → R where U ⊆ R ,and let A ⊂T ×U be an open and connected set. If exists and
∂x
∂F
both F and are continuous on A , then for every ( t 0 , x 0 ) ∈ A there exists a unique solution of the
∂x
differential equation x ' ( t )=F ( x ( t ) ) passing through ( t 0 , x 0 ).


Bounded Functions
A function f : S → R is bounded if there exists an M >0 such that |f ( x )|≤ M , ∀ x ∈ S .

Let B ( S , R ) be the set of all bounded real-valued functions with domain s ⊆ R

The distance d ( f , g ) between two functions f anf g in B ( S , R ) is defined as follows:
d ( f , g ) = x ∈ S|f ( x ) −g ( x )|
¿



An operator T : B ( S , R ) is a contraction mapping if there exists a β ∈ ( 0,1 ) such that:
d ( T ( f ) ,T ( g ) ) ≤ βd ( f , g ) , ∀ f , g ∈ B ( S , R )

Picard’s Method
We can obtain an approximate solution of the initial value problem
x ' ( t )=F ( t , x ( t ) ) ,t ∈ [ t 0 , t 1 ] , x ( t 0 ) =x0
Where F abides as follows:

- Let y 0 ≡ x 0 and compute iteratively the sequence of functions { y n } n=1 given by
t
y n ( t ) =x 0+∫ F ( s , y n−1 ( s ) ) ds ,t ∈ [ t 0 , t 1 ] , n ≥1
t0

- Continue until d ( y n+1 , y n )

Example Picard’s Method
Consider the initial value problem
'
x ( t )=tx ( t ) ,t ≥ 0 , x ( 0 )=1
Use Picard’s Method to obtain an approximate solution of this problem
- Let y 0 ≡1. The first approximation y 1 is given by
t t
1 2
y 1 ( t )=1+∫ s y 0 ( s ) ds=¿ 1+∫ sds=1+ t ¿
0 0 2
- The second approximation y 2 is given by
t t
1 1
( 1
y 2 ( t ) =1+∫ s y 1 ( s ) ds=1+∫ s+ s3 ds=1+ t 2+ t 4
0 0 2 2 8 )




3

Gekoppeld boek

Geschreven voor

Instelling
Studie
Vak

Documentinformatie

Heel boek samengevat?
Nee
Wat is er van het boek samengevat?
Hoofdstuk 5,6,7,8,9,11,2
Geüpload op
18 januari 2024
Aantal pagina's
21
Geschreven in
2023/2024
Type
SAMENVATTING

Onderwerpen

$8.20
Krijg toegang tot het volledige document:

Verkeerd document? Gratis ruilen Binnen 14 dagen na aankoop en voor het downloaden kun je een ander document kiezen. Je kunt het bedrag gewoon opnieuw besteden.
Geschreven door studenten die geslaagd zijn
Direct beschikbaar na je betaling
Online lezen of als PDF

Maak kennis met de verkoper

Seller avatar
De reputatie van een verkoper is gebaseerd op het aantal documenten dat iemand tegen betaling verkocht heeft en de beoordelingen die voor die items ontvangen zijn. Er zijn drie niveau’s te onderscheiden: brons, zilver en goud. Hoe beter de reputatie, hoe meer de kwaliteit van zijn of haar werk te vertrouwen is.
FreekeBoerrigter VWO
Volgen Je moet ingelogd zijn om studenten of vakken te kunnen volgen
Verkocht
114
Lid sinds
6 jaar
Aantal volgers
106
Documenten
10
Laatst verkocht
10 maanden geleden

4.2

30 beoordelingen

5
11
4
15
3
3
2
1
1
0

Recent door jou bekeken

Waarom studenten kiezen voor Stuvia

Gemaakt door medestudenten, geverifieerd door reviews

Kwaliteit die je kunt vertrouwen: geschreven door studenten die slaagden en beoordeeld door anderen die dit document gebruikten.

Niet tevreden? Kies een ander document

Geen zorgen! Je kunt voor hetzelfde geld direct een ander document kiezen dat beter past bij wat je zoekt.

Betaal zoals je wilt, start meteen met leren

Geen abonnement, geen verplichtingen. Betaal zoals je gewend bent via iDeal of creditcard en download je PDF-document meteen.

Student with book image

“Gekocht, gedownload en geslaagd. Zo makkelijk kan het dus zijn.”

Alisha Student

Bezig met je bronvermelding?

Maak nauwkeurige citaten in APA, MLA en Harvard met onze gratis bronnengenerator.

Bezig met je bronvermelding?

Veelgestelde vragen