Аналогом первой производной непрерывной функции для решетчатой функции является либо первая обратная разность
Ñf[n] = f[n] - f[n-1],
либо первая прямая разность
Df[n] = f[n+1] - f[n].
Прямая разность определяется в момент времени t=nT по будущему значению решетчатой функции при . Это можно сделать в тех случаях, когда будущее значение известно.
Обратная разность определяется для момента времени t=nT по прошлому значению решетчатой функции в момент времени .
Аналогом второй производной служат вторые разности:
oбратная .
Для вычисления k-й разности используют рекуррентную формулу
или формулу общего вида
, (1)
где биномиальные коэффициенты (число сочетаний) .
Обратные разности обладают важной особенностью: если решетчатая функция определена только для положительных значений аргумента, то есть
при n<0, то в точке n=0 k-я разность
для любого целого положительного k.
Аналогами интегралов непрерывных функций в пределах от 0 до t для решетчатых функций являются неполные суммы для обратных разностей
|
|
и полные суммы для прямых разностей
.
В качестве аналогов дифференциальных уравнений рассматриваются уравнения в конечных разностях.
При использовании обратных разностей уравнение в конечных разностях будет иметь вид
.
С учетом формулы (1) последнее выражение приобретает вид
,
коэффициенты уравнения определяются выражениями
, .
Общее решение однородного разностного уравнения при некратных корнях характеристического уравнения может быть записано следующим образом: , (2)
где (i=1,2,…,m) – корни характеристического уравнения
,
а - произвольные постоянные.
Из (2) вытекает условие того, чтобы свободное движение системы, описываемой разностным уравнением, было бы затухающим (условие устойчивости): | |<1 (i=1,2,…,m).
Для исследования решений разностных уравнений используются дискретное преобразование Лапласа, z – преобразование, w – преобразование, а также частотные методы.