想学时间序列,由于是自学,所以打算先理论,而实践(结合R)
以下为学习差分方程的总结第一部分。
差分方程的具体应用实例:
远期合约的误差修正模型。
经济学中的蛛网模型。
(一)解一阶差分方程:
(1)初始条件已知(让y0是一个具体的值),把系数a0,a1看作已知,不断地向前迭代(当然也可以向后迭代,但出于习惯,我并不建议),最终将yt,表示为a0,a1和y0,以及efshow的一个表达式。
(2)
情形1:
初始条件未知。在(1)的基础上,代入y0(表示成y(-1)的函数),不断向后迭代(向后m次),得到:
让系数|a1|<1,让m趋于无穷,得到y(t),被表示为a0,a1以及efshow的一个表达式。
情形2:
此时情形1得到的解,还可以加上一个,肯定也是方程的解。其中A为一个任意常数。
(3)混合解,不过是在(2)中情形2得到的解,加上初始条件y0,这样可以解出A的具体值。
那么相应地(2)中的解就为:
(这个时候,这个混合解其实是和(1)的结果是一样的,因为初始值已知我们还不如用(1)的方法解更简单呢~)
|a1|<1,解才收敛。
|a1|>1,则将是发散的。(发散的话,预测肯定是不准的了)
(请见用R作图)
(二)备选解法:
必是一阶齐次方程的一个解。
所谓齐次方程,即无常数项且无推动过程。
高阶差分方程:
使用迭代法的表达式异常复杂,所以我们需要备选解法。
如何解非齐次方程:
1写出对应的齐次方程:
求出他的n个独立解。
2写出非齐次的一个特解
3特解加上n个齐次解的线性组合(出现任意常数)
4代入初始条件,接触容易常数A
(三)二阶差分方程:
二阶非齐次差分方程:
先写出二阶齐次差分方程
因为必是其解,代入齐次差分方程,然后消去,就得到了特征方程。
然后根据特征方程的判别式d分类讨论。
(1)d>0
(注意是阿尔法,而不是a,阿尔法1和阿尔法2是第1个特征根/第2个特征根的意思,而a0,a1,a2是系数,之所以一阶方程中有,那不过是因为其特征方程的解(即特征根)恰好等于a1罢了)
(2)d=0
(3)d<0
使:
,
则有:
棣莫弗定理:
又令:
那么:
于是
解可以写为:(妙在消掉了虚部)
最终其可以写为:(注意,这是一个实数,beta1/2为任意常数,因为虚数无预测意义,所以我们才做了这么多转换)
因为d<0,所以:
因为解的形式,所以r决定了振幅,θ决定了周期(/频率)。
即a2,决定r,而r决定了解是否收敛。
图解表示:
特征根在单位圆之内:
因为此时标准阿尔法1,2,3....都是小于1,那么d>0,和d=0,其解的形式都是肯定收敛的
而位于单位元之内,则r也会<1,那么d<1,也是收敛的。
而特征根为1,其幂始终为1。