Hello, dear friend, you can consult us at any time if you have any questions, add WeChat: daixieit

MTH108:  HOMEWORK 3 – DIFFERENCE EQUATIONS I

Please attempt sections A and B before the tutorials.

Section A Warm-up questions

A1.  Find the four terms x1 , x2 , x3 , x4 of the solution of the following difference equations with the given initial condition:

(i) xn+1  = _3xn , x0  = 1;

(ii) xn+1  = 2xn  _ 1, x0  = 3;

(iii) xn+1  = (n + xn )2 , x0  = 1;

(iv) xn+1  = 2xn  _ xn  1 , x0  = 1, x1  = 1;

(v) xn+1  = 3xn  1 , x0  = 5, x1  = 1;

(vi) xn+1  = xn + 2xn  1 , x0  = 1, x5  = 98 .

A2.  Find a constant solution to the dierence equation 14xn+7 _ 9xn+5 + 2xn+1 _ 5xn 2  = 6 .

Section B Main questions

B1. The concentration of drug xn  in a patient’s body after n days of treatment satisfies xn+1  = D+xn /(xn +3), where D > 0 is a constant determined by the daily dose of the drug .  If the concentration is currently at 1 .8,

then what dose D is required to maintain the concentration at the same level?

B2.  Find the solution of the following linear difference equations:


(i) xn+1 + 2xn  = 3; x0  = 0 .

(ii) 3xn+2 + 8xn+1 _ 3xn  = 24; x0  = 5, x1  = 1 .

(iii) xn+2 _ 2xn+1 + xn  = 3n ; x0  = 1, x1  = 2 . 

(iv) xn+1 _ 2xn  = 3n2 _ 10; x0  = 0 .


B3.  I open a bank account that pays 2% interest each month with an initial deposit of  1000 .  At the end of each month I make a further deposit of  100 into the account .  Construct a difference equation for the account balance .  How long will it take for the balance to pass  10000?

B4.  My bank has offered me a mortgage loan of 80000 at an interest rate of 3 .4% per annum to be repaid in equal monthly instalments over a period of ten years .  Show that the annual interest rate is equivalent to 0 .279% per month .  Write down an equation for xn+1, the balance owed at the end of month n in terms of xn  and p, the xed monthly repayment .  Solve the equation and hence nd the required size of the monthly repayment p .

B5. A economic model for the total national product xn  in year n is given by xn+2 _ a(c + 1)xn+1 + acxn  = b , for some parameters a, b, c > 0 with a  1 .  Find a particular solution .  For what values of the parameters (if any) will typical solutions xn  be: (i) converging to a positive constant? (ii) oscillating periodically?

Section C Investigations

C1.  Let xn  be the sequence of Fibonacci numbers, that is the sequence xn  satisfying xn+2  = xn+1 + xn  with x0  = 0 and x1  = 1 .  Show that φ = limn →& (xn+1/xn ) exists and nd its value .  Investigate the sequence of powers φn . Show that the values get closer and closer to integers .

C2.  Investigate the so-called Tribonacci numbers, where xn+3  = xn+2 + xn+1 + xn  and x0  = x1  = 0, x2  = 1 . Calculate the rst 10 terms of the sequence .  How fast does the sequence grow?