Manual do Maxima: 70. solve_rec

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# 70. solve_rec

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## 70.1 Introdução a solve_rec

`solve_rec` é um pacote para resolver recorrências lineares com coeficientes polinomiais.

Um arquivo de domostração está disponivel com `demo(solve_rec);`.

Exemplo:

    (%i1) load("solve_rec")$
    (%i2) solve_rec((n+4)*s[n+2] + s[n+1] - (n+1)*s[n], s[n]);
                                        n
                     %k  (2 n + 3) (- 1)          %k
                       1                            2
    (%o2)       s  = -------------------- + ---------------
                 n     (n + 1) (n + 2)      (n + 1) (n + 2)

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## 70.2 Funções e Variáveis Definidas para solve_rec

Função: reduce_order (rec, sol, var)

  Reduz a ordem de recorrência linear rec quando uma solução particular sol for conhecida. A recorrência reduzida pode ser usada para pegar outras soluções.

  Exemplo:

      (%i3) rec: x[n+2] = x[n+1] + x[n]/n;
                                            x
                                             n
      (%o3)               x      = x      + --
                           n + 2    n + 1   n
      (%i4) solve_rec(rec, x[n]);
      WARNING: found some hypergeometrical solutions!
      (%o4)                    x  = %k  n
                                n     1
      (%i5) reduce_order(rec, n, x[n]);
      (%t5)                    x  = n %z
                                n       n

                                 n - 1
                                 ====
                                 \
      (%t6)                %z  =  >     %u
                             n   /        %j
                                 ====
                                 %j = 0

      (%o6)             (- n - 2) %u     - %u
                                    n + 1     n
      (%i6) solve_rec((n+2)*%u[n+1] + %u[n], %u[n]);
                                           n
                                  %k  (- 1)
                                    1
      (%o6)                 %u  = ----------
                              n    (n + 1)!

      So the general solution is

                   n - 1
                   ====        n
                   \      (- 1)
             %k  n  >    -------- + %k  n
               2   /     (n + 1)!     1
                   ====
                   n = 0

Variável de opção: simplify_products

  Valor padrão: `true`

  Se `simplify_products` for `true`, `solve_rec` irá tentar simplificar produtos no resultado.

  Veja também: `solve_rec`.

Função: simplify_sum (expr)

  Tenta simplificar todos os somatórios que aparecem na expr para uma forma a mais simplificada possível.

  `simplify_sum` usa os algorítmos de Gosper e de Zeilberger para simplificar somatórios.

  Para usar essa função primeiramente chame o pacote `simplify_sum` com `load(simplify_sum)`.

  Exemplo:

      (%i1) load("simplify_sum")$
      (%i2) sum(binom(n+k,k)/2^k, k, 0, n) + sum(binom(2*n, 2*k), k, 0, n);
               n                            n
              ====                         ====
              \      binomial(n + k, k)    \
      (%o2)    >     ------------------ +   >    binomial(2 n, 2 k)
              /               k            /
              ====           2             ====
              k = 0                        k = 0
      (%i3) simplify_sum(%);
                                     n
                                    4     n
      (%o3)                         -- + 2
                                    2

Função: solve_rec (eqn, var, [init])

  Encontra soluções hipergeométricas para a recorrência linear eqn com coeficientes polinomiais na variável var. Argumentos opcionais init são as condições iniciais.

  `solve_rec` pode resolver recorrências lineares com coeficientes constantes, encontrando soluções hipergeométricas para recorrências lineares homogêneas com coeficientes polinomiais, soluções racionais para recorrências lineares com coeficientes polinomiais e pode resolver recorrências do tipo de Ricatti.

  Note que o tempo de execução do algorítmo usado para encontrar soluções hipergeométricas aumenta exponencialmente com o grau do coeficiente lider e guia.

  Para usar essa função primeiramente chame o pacote `solve_rec` com `load(solve_rec);`.

  Exemplo de recorrência linear com coeficientes constantes:

      (%i2) solve_rec(a[n]=a[n-1]+a[n-2]+n/2^n, a[n]);
                              n          n
                 (sqrt(5) - 1)  %k  (- 1)
                                  1           n
      (%o2) a  = ------------------------- - ----
             n               n                  n
                            2                5 2
                                                      n
                                         (sqrt(5) + 1)  %k
                                                          2    2
                                       + ------------------ - ----
                                                  n              n
                                                 2            5 2

  Exemplo de recorrência linear com coeficientes polinomiais:

      (%i7) 2*x*(x+1)*y[x] - (x^2+3*x-2)*y[x+1] + (x-1)*y[x+2];
                               2
      (%o7) (x - 1) y      - (x  + 3 x - 2) y      + 2 x (x + 1) y
                     x + 2                   x + 1                x
      (%i8) solve_rec(%, y[x], y[1]=1, y[3]=3);
                                    x
                                 3 2    x!
      (%o9)                 y  = ---- - --
                             x    4     2

  Exemplo de recorrência do tipo de Ricatti:

      (%i2) x*y[x+1]*y[x] - y[x+1]/(x+2) + y[x]/(x-1) = 0;
                                  y         y
                                   x + 1     x
      (%o2)         x y  y      - ------ + ----- = 0
                       x  x + 1   x + 2    x - 1
      (%i3) solve_rec(%, y[x], y[3]=5)$
      (%i4) ratsimp(minfactorial(factcomb(%)));
                                         3
                                     30 x  - 30 x
      (%o4) y  = - -------------------------------------------------
             x        6      5       4       3       2
                   5 x  - 3 x  - 25 x  + 15 x  + 20 x  - 12 x - 1584

  Veja também: `solve_rec_rat`, `simplify_products`, e `product_use_gamma`.

Função: solve_rec_rat (eqn, var, [init])

  Encontra soluções racionais para recorrências lineares. Veja solve_rec para uma descrição dos argumentos.

  Para usar essa função primeirametne chame o pacote `solve_rec` com `load(solve_rec);`.

  Exemplo:

      (%i1) (x+4)*a[x+3] + (x+3)*a[x+2] - x*a[x+1] + (x^2-1)*a[x];
      (%o1)  (x + 4) a      + (x + 3) a      - x a
                      x + 3            x + 2      x + 1
                                                         2
                                                     + (x  - 1) a
                                                                  x
      (%i2) solve_rec_rat(% = (x+2)/(x+1), a[x]);
                             1
      (%o2)      a  = ---------------
                  x   (x - 1) (x + 1)

  Veja também: `solve_rec`.

Variável de opção: product_use_gamma

  Valor padrão: `true`

  Quando simplificando produtos, `solve_rec` introduz a função gama dentro da expressão se `product_use_gamma` for `true`.

  Veja também: `simplify_products`, `solve_rec`.

Função: summand_to_rec (summand, k, n)
Função: summand_to_rec (summand, [k, lo, hi], n)

  Retorna a recorrência satisfeita pelo somatório

           sup
          ====
          \
           >     x
          /
          ====
        k = inf

  onde x é hipergeométrico em k e n. SE inf e sup forem omitidos, são assumidos como sendo `inf = -inf` e `sup = inf`.

  Para usar essa função primeiro chame o pacote `simplify_sum` com `load(simplify_sum)`.

  Exemplo:

      (%i1) load("simplify_sum")$
      (%i2) summand: binom(n,k);
      (%o2)                           binomial(n, k)
      (%i3) summand_to_rec(summand,k,n);
      (%o3)                      2 sm  - sm      = 0
                                     n     n + 1
      (%i7) summand: binom(n, k)/(k+1);
                                      binomial(n, k)
      (%o7)                           --------------
                                          k + 1
      (%i8) summand_to_rec(summand, [k, 0, n], n);
      (%o8)               2 (n + 1) sm  - (n + 2) sm      = - 1
                                      n             n + 1

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