Ricorrenza lineare a coefficienti costanti

Sia

{ xo   numero reale assegnato

{ x(k+1) = a x(k) + b    per ogni k

con a e b noti. Esprimere x(n) in forma diretta.


x 1 = a xo + b

x2 = ax1 + b = a(a xo + b) + b = a^2 xo + ab + b

x3 = ax2 + b = a(a^2 xo + ab + b) + b = a^3 xo + a^2 b + a b + b

 

A parte a^n xo notiamo   b, b(1 +a ), b (1 + a + a^2) etc

ovvero   b, b (a^2 – 1)/(a – 1), b (a^3 – 1)/(a – 1) etc

 

La nostra congettura é quindi che risulti   x(n) = a^n xo + b (a^n – 1)/(a – 1)

Ovviamente deve essere  a =/= 1 altrimenti si ha la classica progressione aritmetica con ragione b

e brutalmente x(n) = xo + (n-1) b.

Detto questo, procediamo alla verifica – o alla smentita – attraverso l’uso del principio di induzione

matematica.

Per n=1     x1 = a^1 xo + b(a^1 – 1)/(a – 1) = a xo + b*1 = a xo + b .

Sia ora vero per n generico.

Allora x(n+1) = ax(n) + b = a [ a^n xo + b (a^n – 1)/(a – 1) ] + b =

= a^(n+1) xo + b (a^(n+1) – a)/(a – 1) ] + b =

= a^(n+1) xo + b [ a^(n+1) – a)/(a – 1) + 1 ] =

= a^(n+1) xo + b * (a^(n+1) – a + a – 1)/(a – 1) =

= a^(n+1) xo + b * (a^(n+1) – 1)/(a – 1)

e quindi la tesi é provata : l’espressione esplicita cercata é

 

x(n) = a^n xo + b (a^n – 1)/(a – 1)

 

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SOS Matematica

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