差分方程在经济学中的应用(应用数学)

I本科毕业论文(设计)论文题目：差分方程在经济学中的应用学生姓名：雷晶学号：1004970226专业：数学与应用数学班级：数学1002班指导老师：舒蕊艳完成日期：2014年5月20日I差分方程在经济学中的应用内容摘要本文叙述了研究差分方程的意义和背景、差分方程的定义、常见的解法以及差分方程相关模型,重点介绍差分方程经济学中的应用模型—筹措教育经费模型,包括问题的提出、模型举例和分析、提出假设、模型建立、模型求解、结果分析等等步骤对模型进行了更深层次的分析,做了进一步的推广.本文所介绍的筹措教育经费模型主要研究的是子女的教育费用,假定某家庭从孩子m岁起,每月拿出一部分钱存进银行,用于投资子女的大学教育,并计划n年后支出一些,直到孩子大学毕业,全部用完账户中的资金.差分方程的理论研究近十年来发展十分迅速,尤其是在经济领域,帮助人们解决了很多实际问题,筹措教育经费模型的建立为广大中国家庭子女教育的费用问题提供了明确的解决方法,是差分方程理论最贴近实际的模型之一.关键词：差分方程存款模型经济增长模型筹措教育经费模型IITheApplicationofDifferentialEquationsinEconomicsAbstractThispaperisaboutthesignificance,backgroundanddefinitionofdifferentialequations.Italsodescribesthecommonsolutionsandsomerelatedmodelsofdifferentialeuqations.Thepaperfocusesonthedifferentialequationsineconomicsmodel-raisingeducationalfundsmodelwhichincludesproposingquestions,themodelforexampleandanalysis,puttingforwordthehypothesis,buildingandsolvingthemodel,analysingtheresultandsoon.Andthispapermakesadeeperanalysingofthemodelanddoesthefutherpromotion.Themainaspectoftheraisingeducationalfundsmodelinthispaperischildren’seducationexpenses.Herecomesthehypothesis,assumingthatthefamilyputssomemoneyinthebankforinvestmentintheirchildren’scollegeeducationfromtheirchildren’smyearsoldandplanstospendsomeafternyearsuntilthechildrengraduatedfromcollege,runoutofallthefundsintheaccount.Researchingonthetheoryofdifferentialequationsinpastdecadedevelopesveryquickly,especiallyintheeconomicfield.Ithelpspeoplealotinsolvingmanypracticalproblems.Thebuildingofraisingeducationalfundsmodelwhichisoneofthemostclosemodeltorealityprovidesaclearsolutiontothecostofchildren’seducationforthemajorityofChinesefamily.Keyword:DifferentialequationsDepositmodelEconomic-gainmodelRaisingeducationalfundsmodelIII目录一、绪论………………………………………………………………………1（一）研究差分方程在经济学中的应用的目的意义………………………1（二）研究背景………………………………………………………………2二、研究的理论基础…………………………………………………………2（一）差分……………………………………………………………………2（二）差分方程………………………………………………………………3（三）差分方程的解…………………………………………………………4（四）特征根法………………………………………………………………4三、差分方程的经济应用模型简介…………………………………………5（一）贷款模型………………………………………………………………5（二）存款模型………………………………………………………………6（三）乘数-加速数模型……………………………………………………7（四）哈罗德-多马经济增长模型…………………………………………10（五）投入产出模型………………………………………………………11（六）筹措教育经费模型…………………………………………………12四、总结……………………………………………………………………14参考文献……………………………………………………………………161序言数学这一学科从建立到现在,发展迅速,在人们的生活中也得到了越来越多的应用,人们把数学理论与生活实际相结合,这样的做法不仅解决了实际问题,也更加丰富了数学理论.差分方程是数学知识应用最广泛的部分之一,它在经济领域中的应用效果最为显著.本文先描述了差分方程的理论,然后对应用广泛的几个差分方程经济模型做了简单介绍,最后重点介绍了筹措教育经费模型,这是差分方程在经济领域最贴近实际生活的一个模型之一,从问题的描述出发,到模型建立、求解,最后对结果进行了分析和推广.研究差分方程在经济学中的应用,不仅能帮助解决生活中的经济问题,反过来更能进一步丰富数学理论.所以,研究差分方程的应用,在实际生活当中具有重要的意义.一、绪论（一）研究差分方程在经济学中的应用的目的和意义数学这一基础性学科在不断发展,在现代经济学中所起的作用也日益突出.数学是一切学科的基础,经济领域也不例外,要发展经济就要研究经济理论,掌握经济规律,预测经济发展的趋势,这些都离不开数学这一工具.经济学中的变量有三种类型,自变量和因变量、存量和流量、内生变量和外生变量,经济模型是研究经济学领域中的经济变量之间的关系的,在其中加入数学元素,使得问题的描述简洁清楚、语言严密精确.在研究过程中通过参考已有的数学模型或数学定理有利于新结果的产生,可得到精准的结论.经济模型[1]是研究分析经济变量关系的一个重要工具,连接了经济理论和经济现实,也让数学理论得到更加广泛的应用.经济数学模型具体来说,是在经济理论的指导下,通过建立数学模型的这个过程,把研究对象简单化,转化为本质同一的对象,使研究对象具有代表性,以一代全,实际操作起来更加方便,从而实现对经济现实的简化.故对于变量数量繁多,而且变量之间的关系复杂多变的经济数量关系进行分析研究,经济数学模型不可或缺.在经济数学模型中,差分方程的应用非常广泛,人们建立了一系列以差分方程理论为核心的一系经济类数学模型,如市场经济中的蛛网模型、养老保险模型以及筹措教育经费模型等等,相应模型的建立也就解决了相应的经济学中的问题,如市场经济中的蛛网模型的研究就是基于自由竞争的市场经济中的供需变化与价格变化的循环现象,筹措教育经费模型则是站在一个理性角度,定量研究某家庭投资子女教育所需的费用.其实,总结一下,不难发现,以上的模型都是关于离散变量的规律、性质问题,只要判断出要研究的问题具有这类共同点,就可以考虑用差分方程模型来分析求解问题.差分方程其实与微分方程有些许相似,差分方程是含有未知函数及其差分的函数方程,微分方程是含有未知函数的导数的方程,差分方程是微分方程的离散化.差分方程反映的是离散变量的取值规律.整个模型研究过程是通过建立离散变量取值所满足的平衡关系,从而建立起差分方程.建立2差分方程模型,不仅可以从定性角度为社会问题的解决提供思路,还从定量的角度解决了实际问题.在经济学中,差分方程的应用使得实证研究更加系统化、规范化,精确的数学方法让广大研究者最大程度地汲取有用的信息,得到定量性结论.在得到结论的同时,也方便对未来的经济形势和发展情况作出较为精确预测,这对于个人的理财和国家的经济发展无疑起到了非常重大的作用.举个例子,市场经济中的蛛网模型主要是研究在自由市场上的一种现象：商品的供给大于需求时,销售不畅会导致价格的大幅下跌,而价格的下降又会使得商品的供给量下降,因此价格又会上升,如果没有干预,会如此的往复.人们利用差分方程的知识对此过程进行研究,又发现在图像中,商品产量和价格的图形轨迹类似于蜘蛛网状,于是便有了差分方程的蛛网模型的诞生.对于政府来说,也会更加方便,便于及时地进行经济干预.中国的社会主义市场经济体制强调的是以市场和计划两种手段来调配社会资源,市场为主,计划为辅,蛛网模型的建立,把市场调配资源的整个过程体现了出来,同时也让政府可以更有计划性、更有目的性地来干预经济,经济调控的效果也会更好.所以,研究差分方程,对于数学理论的发展和实际生活都具有十分重大的意义.（二）研究背景应用差分方程的知识,建立经济模型,解决经济学的问题是要针对目标问题,确定离散变量,根据实际,建立离散变量所满足的平衡关系式,从而建立差分方程.通过求出方程的解和对解的分析,把握这个离散变量变化的规律,并进一步结合其他的分析,得出原问题的解.差分方程的研究历史比较短暂,真正开始于上个世纪90年代,发展迅速,且成果显著,在国内外一直都是数学学者们的研究热点.在国内,很多学者也在这一领域辛勤工作着,怀化学院的数学系主任魏耿平就是代表人物之一,他的论文发表在国内外许多著名的期刊杂志上,如美国的SCI源刊、国内的《数学学报》等.在国外,随着差分方程理论的快速发展,国际上出现了一种专业性的差分方程的期刊,它的名称叫做journalofdifferenceequationsandapplications,能在这样一个国际性的期刊上发表学术成果,对个人的研究成果是一种很大的肯定,同时对数学学科的发展是具有非常大的意义的.这一专业期刊杂志的出现更加推动了差分方程理论在竞争中的不断发展,以及差分方程在实际中应用的进程,差分方程众多优秀的研究成果也有了展示的平台.如今,随着人们对知识产权的重视程度的提高,中国国内的学术氛围更加浓厚,个人对于这方面的保护意识也越来越强.这样越来越好的氛围有利于国内各领域内的学者们的研究工作的进行,也会推进数学理论的进程.在这样一个良好的气氛之下,相信差分方程理论的发展会越快越好,同时它对中国经济的繁荣发展也会起到更加强大的推动作用和理论指导作用.二、研究的理论基础（一）差分[2]设定义在整数集上的函数：3nfy,,2,1,0,1,2,n则函数nfyn的一阶差分定义为：nfnfyyynnn11.函数nfyn的二阶差分ny2定义为一阶差分的差分,即：nnnnyyyy12.由差分四则运算法则之中的：nnnnzyzy,可得：nnnnnnyyyyyy12122.以此类推，k阶差分就可以定义为1k阶差分的差分,即：,,3,2,10111kycyyyiknikkiinknknk其中,!!!ikikcik.例1、设nnyn252,求ny和ny2.解：71025121522nnnnnyn,1071071102nnyynn.（二）差分方程[2]定义1：含有未知函数ny及其差分,,2nnyy的函数方程成为差分方程