Explizite Darstellung finden

Aufrufe: 615     Aktiv: 08.01.2021 um 18:20

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Hallo :)

Ich soll die explizite Darstellung folgender Rekurrenz finden.

Leider hab ich keine Ahnung, wie ich das machen kann. Ich habe die ersten paar Folgenglieder berechnet und geschaut, ob ich Zusammenhänge erkenne, aber ich konnte keine finden.

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wir haben es einmal mit den Fibonacci-Zahlen gemacht, aber da bin ich nicht richtig mitbekommen, beziehungsweise schaffe ich es jetzt nicht, das gleiche Verfahren oder ein ähnliches auf diese Rekkursion anzuwenden   ─   lunaphile 07.01.2021 um 21:37
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Bei solchen Gleichungen, also Typ \(f_{n+2}+a f_{n+1}+b f_n=0\) gilt:

\(f_n=c\lambda_1^n+d\lambda_2^n\) mit Konstanten \(c, d\), wobei \(\lambda_1,\lambda_2\) die Nullstellen des charakteristischen Polynoms \(\lambda^2+a\lambda +b\) sind, WENN \(\lambda_1\neq \lambda_2\) und beide reell sind.

Die Konstanten \(c,d\) bestimmt man durch Anpassung an die beiden Startwerte. Mit dieser Methode ist man in diesem Fall relativ schnell bei der Lösung, die in diesem Fall lautet: \(f_n=-6^n+2\cdot 4^n\).

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Leider scheint diese Antwort Unstimmigkeiten zu enthalten und muss korrigiert werden. Mikn wurde bereits informiert.
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Ich weiß jetzt nicht genau, in welchem stofflichen Zusammenhang die Aufgabe steht, könnte dir aber einen Ansatz aus der linearen Algebra liefern.

Für das \(n\)-te und \(n-1\)-te Glied der Folge lässt sich durch die Definition folgende Matrix-Vektor-Gleichung aufstellen: \(\begin{pmatrix} f_n \\ f_{n-1}\end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 10 & -24 \\ 1 & 0 \end{pmatrix}\begin{pmatrix} f_{n-1} \\ f_{n-2}\end{pmatrix}\) mit \(A := \begin{pmatrix} 10 & -24 \\ 1 & 0 \end{pmatrix}\).
Wendet man nun die Rekursionsvorschrift noch \(n-1\)-mal an, erhält man folgende Gleichung:\(\begin{pmatrix} f_n \\ f_{n-1}\end{pmatrix}= A^{n-1} \begin{pmatrix} f_1 \\ f_0\end{pmatrix}\)

Führt man nun eine Diagonalzerlegung \(A = V\Lambda V^{-1}\)durch, wobei \(\Lambda\) die Eigenwerte von \(A\) auf der Diagonale und \(V\) die zugehörigen Eigenvektoren als Spaltenvektoren trägt, so erhält man \(\begin{pmatrix} f_n \\ f_{n-1}\end{pmatrix}= V\begin{pmatrix} \lambda_1^{n-1} & 0 \\ 0 & \lambda_2^{n-1} \end{pmatrix} V^{-1}\begin{pmatrix} 2 \\ 1\end{pmatrix} \).

 

Versuch das am besten mal selber nachzuvollziehen und auszurechnen, zur Kontrolle hier noch eine Lösung:

 

Eigenwerte: \(\lambda_1 = 6, \; \lambda_2 = 4 \;\Rightarrow\; \Lambda = \begin{pmatrix} 6 & 0 \\ 0 & 4 \end{pmatrix}\)

Diagonalzerlegung: \(A = \begin{pmatrix}6&4\\1&1\end{pmatrix} \begin{pmatrix} 6 & 0 \\ 0 & 4 \end{pmatrix}\frac{1}{2}\begin{pmatrix} 1 & -4 \\ -1 & 6 \end{pmatrix}\)

Damit ergibt sich \(\begin{pmatrix} f_n \\ f_{n-1}\end{pmatrix} = \frac{1}{2} \begin{pmatrix}6&4\\1&1\end{pmatrix} \begin{pmatrix} 6^{n-1} & 0 \\ 0 & 4^{n-1} \end{pmatrix}\begin{pmatrix} 1 & -4 \\ -1 & 6 \end{pmatrix}\begin{pmatrix} 2 \\ 1\end{pmatrix}\)

Letztendlich erhält man die explizite Berechnungsvorschrift \(f_n = -6^n + 4^{n+\frac{1}{2}}\)

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vielen Dank für die Antworten, das hat schon mal geholfen. Leider gehe ich stark davon aus, dass wir das irgendwie anders lösen sollen, da wir in der Vorlesung mit ganz anderen Ansätzen geabreitet haben. Aber jetzt habe ich zumindest mal einen Ansatz, wenn auch vielleicht nicht den geforderten :)   ─   lunaphile 08.01.2021 um 17:43

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