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

پیشنهاد اصلاح و حذف موادی از قانون مدنی بخش سوم و پایانی

پیشنهاد اصلاح و حذف موادی از قانون مدنی بخش سوم و پایانی

اشاره: «پیشنهاد اصلاح و حذف موادی از قانون مدنی ) مواد ۸۲۶ الی ۱۲۵۱)» عنوان مقاله‌ای است که بخش دوم آن در شماره قبلی صفحه حقوقی اطلاعات چاپ شد. بخش سوم و پایانی این مقاله را می‌خوانیم.
چرا امام رضا(ع) در طوس مدفون است؟

چرا امام رضا(ع) در طوس مدفون است؟

اوضاع کشورهای اسلامی در عهد مأمون بسیار آشفته و نگران کننده بود و شکلگیری نهضت علویان که عکسالعمل سختگیریهای خلفای عباسی به خصوص هارونالرشید بود، مأمون را به فکر و چارهاندیشی واداشت تا با دست زدن به اقدامات تازه جنبش به وجود آمده را به آرامش و سکون مبدل کند.
چرا امام‌حسن(ع) فرمان صلح و امام‌حسین(ع) فرمان جهاد دادند؟

چرا امام‌حسن(ع) فرمان صلح و امام‌حسین(ع) فرمان جهاد دادند؟

موضوع فرمان صلح امام حسن (ع) و فرمان جهاد و شهادت امام حسین (ع) دو رویدادی است که به اقتضای زمان رخ داد و مشابه آن در زمان پیامبر (ص) وجود داشت، اما در هر دو مقطع تاریخ بسیاری از مسلمانان تقوا پیشه نکردند و از فرمان معصوم سرپیچی کردند.
چرایی وجوب حکومت اسلامی

چرایی وجوب حکومت اسلامی

بر اساس آموزه‌های قرآن، وجوب حکومت اسلامی الزامآور است تا بتواند احکام الهی را هم چون اقامه نماز، گرفتن زکات، اجرای قوانین قضایی و مانند آنها را اجرایی کند؛ زیرا هر گونه قضاوتخواهی از طاغوت حرام بوده و ولایت طاغوت باطل است و لازم است به جای طاغوت به ولایت غیر طاغوت تن داد که ولایت الهی است.(بقره، آیه 257؛ نساء، آیه 76)
چه مواقعی مراجعه به پزشکی قانونی الزامی است؟

چه مواقعی مراجعه به پزشکی قانونی الزامی است؟

بسیاری نمی‌دانند که مثلاً چه زمانی باید به پزشکی قانونی مراجعه کرد و چه مدارکی را باید به همراه برد؟ آیا فرد می‌تواند رأساً برای گرفتن طول درمان یا هر موضوع دیگری که مراجعه به پزشکی قانونی را الزامی می‌کند، به مراکز مربوط مراجعه کند؟

پر بازدیدترین ها

آشنایی با تفاوت‌های حقوقی مباشرت، معاونت و مشارکت در جرم

آشنایی با تفاوت‌های حقوقی مباشرت، معاونت و مشارکت در جرم

طبق ماده ۲ قانون مجازات اسلامی مصوب سال 1392، هر رفتاری اعم از فعل یا ترک فعل که در قانون برای آن مجازات تعیین شده است، جرم محسوب می‌شود.
شیطان جن است یا فرشته؟

شیطان جن است یا فرشته؟

شيطان جن است يا فرشته؟ اگر جن است، پس چرا در قرآن گفته شده است كه: "تمام فرشتگان سجده كردند جز شيطان" و اگر فرشته است، پس چرا در آيهای مشابه گفته شده كه تمام فرشتگان سجده كردند جز ابليس، كه از جنيان بود: "كان من الجن"؟!
قرار رد دعوی چیست و چه کاربردی دارد؟

قرار رد دعوی چیست و چه کاربردی دارد؟

قرار در لغت به‌معنای ثبات و استوار کردن است و با توجه به تعریفی که در ترمینولوژی حقوق آمده است به تصمیم دادگاه در امور ترافعی (اختلافی) که کلاً یا بعضاً قاطع خصومت نباشد، اطلاق می‌گردد و از سوی مقام قضایی در حین انجام تحقیقات و در موارد خاص در جریان محاکمه صادر می‌شود.
آشنایی با مسئولیت تضامنی صادرکننده و ظهرنویسان سفته

آشنایی با مسئولیت تضامنی صادرکننده و ظهرنویسان سفته

خرید سفته، کار ساده‌ای است و شاید به همین دلیل است که بسیاری از افراد، روی آن حساب باز نمی‌کنند؛ اما اگر مقررات این سند بهادار تجاری، به نحو صحیحی رعایت شود، مزایای زیادی به دنبال خواهد داشت که اگر افراد به جای سفته، سند عادی داشتند، هرگز از این مزایا بهره‌مند نمی‌شدند.
نهضت ترجمه و آثار آن در صدر اسلام

نهضت ترجمه و آثار آن در صدر اسلام

مناظرات علمی که در مراکز دانشی مسلمانان و گاه دربار خلفا به‌پا می‌شد و طی آن، گروهی از دانشمندان کشور‌های دور و نزدیک برای مباحثه دعوت می‌شدند، انگیزه فراوانی برای عالمان اسلامی ایجاد کرده بود تا با ترجمه رساله‌ها و درک زبان کشور‌های علم‌پرور به توان محاجه و مناظره علمی خود بیفزایند.
Powered by TayaCMS