دانشنامه پژوهه بزرگترین بانک مقالات علوم انسانی و اسلامی

معادلات دیفرانسیل Differential Equations

معادلات دیفرانسیل از دو واژه Differential و Equation ترکیب شده است.
معادلات دیفرانسیل Differential Equations
معادلات دیفرانسیل Differential Equations

كلمات كليدي : ديفرانسيل، مشتق، الگوهاي اقتصادي معادلات ديفرانسيل، كاربرد رياضي در اقتصاد

نویسنده : سعيد كريمي

معادلات دیفرانسیل از دو واژه Differential و Equation ترکیب شده است. Differential در لغت به‌معنی متفاوت و ناهمسان و Equation در لغت به‌معنای برابرسازی، مساوی‌سازی و برابرپنداری بوده و Differential Equation نیز به‌معنای هم چندی وابردی معادله به‌کار رفته است. [1]

دیفرانسیل در اصطلاح، تابع y و متغیر مستقل x را در نظر می‌گیریم. ممکن است این تابع، به‌صورت صریح  y=f(x)و یا ضمنی  f(x,y)=0 باشد؛ هر رابطه بین مشتقات تابع  y را یک معادله دیفرانسیل گویند.

معادله دیفرانسیل در حالت کلی به دو صورت زیر نمایش داده می شود:[2]

در قرون اخیر آنالیز، مهمترین شاخه ریاضیات به‌حساب می‌آید و معادلات دیفرانسیل بخش اساسی آن است.

معادلات دیفرانسیل، به‌عنوان ابزاری قوی در حل بسیاری از مسائل رشته‌های گوناگون دانش بشری مانند: فیزیک، شیمی، مکانیک، اقتصاد و ... به‌کار می‌رود. در حل و بررسی معادلات دیفرانسیل از مفاهیم حساب دیفرانسیل و انتگرال استفاده می‌شود.[3]

برای حل معادلات دیفرانسیل از روش‌های مختلفی استفاده می‌شود از جمله: معادله دیفرانسل جدا (تفکیک‌پذیر)، معادله دیفرانسیل همگن، معادله دیفرانسیل ژاکوبی، معادله دیفرانسیل کامل، فاکتور انتگرال، معادله دیفرانسیل خطی مرتبه اول، معادله دیفرانسیل برنولی، معادله دیفرانسیل لاگرانژ، معادله دیفرانسیل کلرو.

 

کاربردهای معادلات دیفرانسیل در اقتصاد

معادلات دیفرانسیل در بسیاری از توابع اقتصادی کاربرد دارند. این معادلات در تعیین شرایط پایداری پویا برای تعادل بازار در مدل‌های اقتصاد خرد و نیز ردیابی مسیر زمانی تحت شرایط مختلف در اقتصاد کلان مورد استفاده قرار می‌گیرند. اگر نرخ رشد یک تابع مفروض باشد، اقتصاددانان قادرند، با استفاده از معادلات دیفرانسیل تابع مورد نظر را تعیین کنند. همچنین اگر کشش نقطه‌ای در دست باشد، می‌توان تابع تقاضا را برآورد کرد؛ معادلات دیفرانسیل، جهت برآورد توابع سرمایه از توابع سرمایه‌گذاری و همچنین برآورد توابع هزینه کل و درآمد کل از توابع هزینه نهایی و درآمد نهایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.[4]

در این مدخل به شش کاربرد متمایز از معادلات در بخش‌های مختلف اقتصاد پرداخته‌ایم؛ گرچه ممکن است از یک راه حل در برخی کاربردها استفاده شده باشد. هدف از آوردن کاربردهای مختلف بیان اهمیت دیفرانسیل و گستره استفاده از آن در اقتصاد بوده است.

 

معادله فوق، به‌صورت یکی از معادلات خطی در آمده‌ است؛ لذا بر اساس روش حل معادله مورد نظر در ریاضی به حل آن می‌پردازیم. این معادله به روش معادله دیفرانسیل خطی مرتبه اول حل می‌گردد؛ که روش آن بدین صورت است:

 

          

صورت کلی معادله خطی مرتبه اول بدین صورت است:

اگر t=0 باشد، معادله به‌صورت زیر درمی‌آید:

 

 

          

چون m مقداری ثابت و بزرگتر از صفر است، وقتی t به‌سمت بی‌نهایت میل می‌کند، تنها در صورتی‌که h-b>0 باشد، اولین جمله سمت راست، به‌سمت صفر میل می‌کند؛ بنابراین p(t) به‌سمت pَ میل می‌کند. برای حالت‌های عادی که تقاضا دارای شیب منفی b<0 و عرضه دارای شیب مثبت h>0 است، شرایط پایداری پویا قابل حصول است. بازارهایی که در آن شیب توابع تقاضا مثبت یا شیب توابع عرضه منفی باشند، مادامی که h>0 است نیز به‌‌طور پویا پایدارند.[5]

مثلا؛ با فرض اینکه تقاضا برابر D=80-4 و عرضه برابر با S=-10+2p باشند، نقطه تعادل را مشخص کنید و با فرض p0=18 و q0=8 تحقیق کنید که آیا تعادل پایدار است یا نه؟[6]

 

 چون تقاضا دارای شیب منفی b<0 یعنی b=-4 و عرضه دارای شیب مثبت h>0 یعنی h=2 است، شرایط پایداری پویا قابل حصول است.

 

کاربرد دوم؛ تابع تقاضای Q=f(p) را در صورتی‌که کشش نقطه‌ای (e) برای همه p>0 برابر -k باشد؛ به‌دست آورید.

حل: می‌دانیم، کشش نقطه‌ای تقاضا برابر است با:  

معادله فوق نیز به‌صورت یکی از معادلات خطی درآمده است؛ لذا براساس روش حل معادله مورد نظر در ریاضی به حل آن می‌پردازیم. این معادله دیفرانسیل، یک معادله دیفرانسیل جداست؛ با تفکیک متغیرها، آن‌را به‌صورت زیر می‌نویسیم:[7]

مثال عددی: تابع تقاضای Q=f(p) را در صورتی‌که کشش نقطه‌ای تقاضا  باشد و از نقطه p=2 و  q=4 بگذرد.

شکل تابع یک هذلولی متساوی‌الساقین است. (نقطه چین در شکل به‌معنی منطقه غیر اقتصادی است).

                               

کاربرد سوم؛ فرمولی برای محاسبه کل ارزش p مبلغ وجه اولیه p(0) که به مدت t سال با نرخ بهره مرکب پیوسته i به مرابحه گذاشته شده است به این صورت به‌دست می‌آید:[8]

اگر i برابر بهره مرکب پیوسته باشد،

کاربرد چهارم؛ شرایط پایداری یک مدل تعیین درآمد دو بخشی، که در آن Ŷ، Î و Ĉ، به‌ترتیب انحراف مصرف، سرمایه‌گذاری و درآمد از مقادیر تعادلی Ye،  Ieو Ce است را به‌دست می‌آوریم؛[9] یعنی =C(t)-CeĈ که در آن Ĉ (سی‌هت)، درآمد با نرخ متناسب با مازاد تقاضا C+I+Y تغییر می‌کند:

   

و نیز 0<a,b,g<1 و (t)=bŶÎ و (t)=gŶĈ

با تفکیک متغیرها و انتگرال‌گیری داریم:

چون =Y(t)-YeŶ یعنی ŶY(t)=Ye+ بنابراین داریم:

 Y(t)=Ye+[Y(0)-Ye]ea(g+b-1)t

وقتی t به‌سمت بی‌نهایت میل کند، تنها وقتی که g+b<1 باشد، Y(t) به‌سمت Ye حرکت می‌کند؛ به‌عبارتی مجموع میل نهایی به مصرف g و میل نهایی به سرمایه b، باید کمتر از یک باشد.

 

کاربرد پنجم (الگوی دومار)؛ تغییر در نرخ سرمایه‌گذاری، بر تقاضای کل و ظرفیت تولیدی یک اقتصاد تأثیر می‌گذارد. مدل دومار در جستجوی یافتن مسیری زمانی است؛ که در طول آن، یک اقتصاد، در حالی‌که به بهره‌برداری کامل از ظرفیت تولیدی خود ادامه دهد، بتواند رشد نماید. دومار می‌گوید: سرمایه‌گذاری ظرفیت تولید را افزایش می‌دهد و برای اینکه از ظرفیت، به‌طور کامل بهره‌برداری شود، افزایش (بالقوه) در تولید، سبب افزایش ظرفیّت تولیدی باید کاملا در افزایش تقاضای کل جذب شود.[10] تابع سرمایه‌گذاری برای رسیدن به رشد مطلوب را در صورتی‌که میل نهایی به پس‌انداز و نسبت نهایی سرمایه به محصول ثابت باشند؛ به‌دست می‌آوریم:  s(t)=ay(t)

 

s(t)=I(t)

y(0)=y0

a>0,b>0

در این الگو، s پس‌انداز، I سرمایه‌گذاری و y درآمد، متغیرهایی درون‌زا و تابعی از زمان هستند و a و b برون‌زا هستند و y0 شرط اولیه است.[11]

 با تفکیک متغیرها و انتگرال‌گیری داریم:

مشاهده می‌شود که سرمایه‌گذاری در هر زمان همواره بایداز نرخ (a/b)رشدی معادل  درصد برخوردار باشد.[12]

 

کاربرد ششم (الگوی رشد سولو)؛ «سولو نشان‌دهنده آثاری است که پس‌انداز، رشد جمعیت و پیشرفت تکنولوژی در طول زمان روند تولید دارند.»[13] مسیرهای رشد تعادل را در زمانی‌که از سرمایه و نیروی کار به‌طور کامل استفاده می‌کند، بررسی می‌کند؛ که دارای فروض زیر است:

«اولا؛ فرض می‌کنیم تابع تولید y=f(K,L) تابعی همگن خطی باشد؛ پس نسبت بازده نسبت به مقیاس ثابت است. K سرمایه و L نیروی کار است. ثانیا؛ فرض می‌کنیم که به‌اندازه نسبت ثابت s از مقدار تولید، پس‌انداز و سرمایه‌گذاری می‌شود و داریم:

ثالثا؛ فرض می کنیم نیروی کار با نرخ ثابت r رشد می‌کند: L=L0ert.[14]

اگر در تابع تولید مقدار بگذاریم، داریم:

 معادله فوق مسیر زمانی تشکیل سرمایه، dK/dt را توضیح می‌دهد؛ اگر فرض کنیم  z=K/L پس داریم:

از طرفین نسبت به t مشتق می گیریم:

از تساوی رابطه (1) و (2) داریم:

تابع f در رابطه فوق، یک تابع همگن خطی است. با توجه به این‌که تابع f(K,L) را می‌توان بدین صورت نوشت:

پس از رابطه فوق در (3)، مقدار می‌گذاریم، داریم:

پس داریم:

از حل این معادله دیفرانسیل، مسیر زمانی  z=K/Lبرحسب r و s که برابر نرخ پس‌انداز است به‌دست می‌آید.»[15]

مقاله

نویسنده سعيد كريمي

این موضوعات را نیز بررسی کنید:

جدیدترین ها در این موضوع

ارائه 94 مقاله از دانشگاه تبریز در 23 کشور جهان

ارائه 94 مقاله از دانشگاه تبریز در 23 کشور جهان

معاون پژوهش و فناوری دانشگاه تبریز گفت: طی 9 ماهه نخست امسال 94 نفر از اعضای هیئت علمی دانشگاه تبریز با حضور در مجامع علمی 23 کشور اروپایی و آسیایی آخرین دستاوردهای علمی پژوهشی خود را ارائه کردند.
حل معمای چگونگی تشخیص اصوات در مغز

حل معمای چگونگی تشخیص اصوات در مغز

حل معمای چگونگی تشخیص اصوات در مغز توسط محقق ایرانی دانشگاه کالیفرنیا
رفع دغدغه‌های معاصر با بهره‌گیری از آموزه‌های دینی

رفع دغدغه‌های معاصر با بهره‌گیری از آموزه‌های دینی

جدا از تمرکز بسیاری از رسانه بر دیدار میان پادشاه عربستان و پاپ، گروه‌ها، جوامع و نهادهای دینی طی هفته ای که گذشت به بررسی سهم خود در بحران ایدز، زمینه های تازه همکاری، عرفان و رابطه علم و دین تمرکز کردند تا فصل تازه ای از دغدغه های معاصر خود را با بهره گیری از آموزه های دینی برطرف کنند .
محقق ایرانی دانشگاه اوهایو از مایع شکمبه گاو برق تولید کرد

محقق ایرانی دانشگاه اوهایو از مایع شکمبه گاو برق تولید کرد

گروه فناوریهای نوین: سلولهای سوختی میکروبی تولید شده از گاوها می توانند روزی به کمک بشر آمده و به عنوان منابع ارزشمند و جایگزین انرژی نظیر برق مورد استفاده قرار گیرند.
کتاب " آیا دولت رفاه موجه است؟" منتشر شد

کتاب " آیا دولت رفاه موجه است؟" منتشر شد

انتشارات دانشگاه کیمبریج کتاب " آیا دولت رفاه موجه است؟" تألیف دانیل شاپیرو را روانه بازار نشر کرده است.

پر بازدیدترین ها

No image

اساس نواندیشی دینی ترکیب تغییر و ثبات است

استاد مطالعات اسلامی دانشگاه مک گیل در نشستی که عصر امروز در مؤسسه پژوهشی حکمت و فلسفه ایران برگزار شد، گفت: مبنای جامعه‌شناختی نواندیشان دینی دو اصل تغییر و مداومت هستند. در قرآن و سنت نیز اصل تغییر بر مبنای مداومت و حفظ سنت مورد تأیید قرار گرفته‌اند. به گزارش خبرنگار مهر، عصر امروز در نشست "نگاهی به افکار فقهی و درون فقهی نواندیشان دینی معاصر" که در مؤسسه پژوهشی حکمت و فلسفه ایران برگزار شد، دکتر احمد کاظمی موسوی، استاد مطالعات اسلامی دانشگاه مک گیل، به اندیشه‌های پنج نواندیش دینی در عصر حاضر، محمد اقبال لاهوری، محمود طه، ابوسلیمان، طه جابر و نصر حامد ابوزید پرداخت. دکتر کاظمی سخن خود را با اشاره به مبنای جامعه‌شناختی نواندیشان دینی آغاز کرد و آن را دو اصل تغییر و مداومت خواند و گفت: در قرآن و سنت نیز اصل تغییر بر مبنای مداومت و حفظ سنت مورد تأیید قرار گرفته‌اند و این اندیشمندان برای جلوگیری از تغییرات ناگهانی و انقلاب در اندیشه‌ها به تفسیر و نواندیشی می‌پردازند. وی که سالها به عنوان استاد دانشگاه مالزی به تدریس مطالعات اسلامی می‌پرداخته، در ادامه مهمترین شاخص اندیشه‌های محمد اقبال لاهوری را تأکید او بر خودباوری خواند و گفت: اقبال معتقد است که اگر انسان به خودش باور نداشته باشد، نمی‌تواند به سوژه مدرن بدل شود و همواره به صورت ابژه باقی می‌ماند. درحالی‌که در اصول دینی ما نیز بر بازگشت به خود تأکید شده است. او در کتاب "اسرار خودی"، به این موضوع با توجه به دو بحث انسان به عنوان خلیفه خدا در زمین و تخلق انسان به خلق خدا تأکید می‌کند. دکتر کاظمی سپس با تأکید بر اینکه از نگاه اقبال، با ختم نبوت عقل جانشین وحی می شود، به معرفی اندیشه‌های محمود طه، نواندیش سودانی پرداخت و گفت: محمود طه با رساله "رساله الثانویه"، که غوغایی در جهان عرب به پا کرد، کوشید نشان دهد که در اسلام عقیده به مساوات و عدالت طبی اصل است و انسانها، زن و مرد در پیشگاه خدا یکسانند. وی با اشاره به روش تفسیر طه از آیات مکی و مدنی قرآن، به تأثیر او بر دیگر نواندیش مسلمان، عبدالحمید ابوسلیمان اشاره کرد و گفت: ابوسلیمان که مدتها رئیس دانشگاه بین المللی مالزی بوده، همچون نقیب العطاس بحث اسلامی کردن علوم را دنبال می‌کرده و با تأکید بر اصول ضرورت و تلفیق، بر اهمیت نواندیشی در اصول فقهی اسلامی صحه می‌گذارد. دکتر کاظمی به تأثیر اندیشه‌های ابواسحاق شاطبی بر تفکر ابوسلیمان تأکید کرد و گفت: شاطبی انسان بسیار متدینی بوده که در دو کتاب "مقاصد الشریفه" و "الموافقات" کوشیده با تفاسیر قشری از کتاب و سنت مخالفت کند. ابوسلیمان با تأکید بر اصل تلفیق معتقد است که بحران فکری مسلمانان در عصر جدید تحجر و ناتوانی از تلفیق با شرایط جدید است. او به‌خصوص در روابط بین‌الملل به فقه شافعی نقد دارد و از تفاسیر جنگ‌طلبانه پرهیز دارد. دکتر کاظمی در ادامه به اندیشه‌های طه جابر الفیاض العوانی، متفکر عراقی پرداخت و گفت: عوانی که دانش آموخته الازهر است، معتقد است که اصول فقه مهمترین منبع برای فهم منابع اسلامی هستند، اما برای فهم درست از آن باید سه کار صورت بگیرد: نخست درک درست سنت، دوم تشکیل شورای علما که متاسفانه صورت نگرفته است و سوم فهم مقاصد شریعت در بستر آنها. دکتر کاظمی بخش پایانی سخن خود را به معرفی اجمالی اندیشه‌های نصر حامد ابوزید، متفکر مصری مقیم هلند اختصاص داد و عنصر محوری در اندیشه او را وارد کردن هرمنوتیک به تفسیر متون و نصوص دینی خواند و گفت: ابوزید معتقد است که تمدن اسلامی، تمدن متن است، بر خلاف تمدن یونانی که تمدن عقل است و این را از سیره امام علی(ع) نیز می‌توان استنباط کرد. وی گفت: ابوزید همچون پیتر نورث راس، معتقد است که فهم یک متن با خواندنش شروع نمی‌شود بلکه پیشتر با گفتگویی آغاز می‌شود که آن متن با فرهنگی که ادراک خواننده را تشکیل می‌دهد، شروع می‌شود. وی بر این اساس معتقد است که سه عامل باعث بدفهمی ما از دیالوگ نص با خودمان می‌شوند: نخست اشتباه گرفتن دلالت لغوی با دلالت شرعی، دوم تفسیر نادرست آیات مدنی و مکی که به نظریه اشاعره در مورد لوح محفوظ منجر شده است و سوم آشفته شدن بستر محتوایی آیات. دکتر کاظمی در پایان گفت: از نظر ابوزید، منطوق آیات قرآن بسته به ثابت است، اما مفهوم آنها قابل فهم در هر عصری است و با این حساب مسلمانان همیشه در تاریخ بسته به ضرورت، مناسبت، مقاصد و اولویت ها به اجتهاد در نص و تعویق بعضی از نصوص می‌پرداخته‌اند.
Powered by TayaCMS