2.1微分 .:r
l<.
vLI'Z)\
diff函数用以演算一函数的微分项,相关的函数语法有下列4个: nOTe 3?i>
A9Kt^HR
diff(f) 传回f对预设独立变数的一次微分值 H'a6]
]2
Tji* \<?
diff(f,'t') 传回f对独立变数t的一次微分值 wNvq['P
Q{=DLm`
diff(f,n) 传回f对预设独立变数的n次微分值 e5
N$+P"
vFwhe!
diff(f,'t',n) 传回f对独立变数t的n次微分值 i4Da 'Uk
5D+rR<pD}"
数值微分函数也是用diff,因此这个函数是靠输入的引数决定是以数值或是符号微分,如果引数为向量则执行数值微分,如果引数为符号表示式则执行符号微分。 ^i[bo3
#kQ1,P6,(
先定义下列三个方程式,接著再演算其微分项: /JjSx/
,8@q2a/
>>S1 = '6*x^3-4*x^2+b*x-5'; TdeHs{|
'IQ;;[Q
>>S2 = 'sin(a)'; lK Ry4~O
Lo*vt42{4
>>S3 = '(1 - t^3)/(1 + t^4)'; \ORE;pG
q~. .Z Y`7
>>diff(S1) 4D)M_O
F]GX;<`
ans=18*x^2-8*x+b `D $ "K1u
X"!tx
>>diff(S1,2) T&ib]LmR
sjy/[.4-
ans= 36*x-8 OE/r0C<&
]u|5ZCv0
>>diff(S1,'b') * `3+x
e'X"uH Xt.
ans= x +8}8b_bgH
bQ`2ll*(
>>diff(S2) Il]p >B
*#.Ku(C+
ans= m`&6[[)6~
/ _Fi4wZ
cos(a) ffy,ds_7
a(_3271
>>diff(S3) D\Fu4Eg
9~v#]Q}Z}4
ans=-3*t^2/(1+t^4)-4*(1-t^3)/(1+t^4)^2*t^3 "lA8CA
:DJL kMP
>>simplify(diff(S3)) {!*dk
V
^f] 9^U{
ans= t^2*(-3+t^4-4*t)/(1+t^4)^2 \iH\N/
PmA_cP7~
2.2积分 %GigRA@no
2,r jy|R`
int函数用以演算一函数的积分项, 这个函数要找出一符号式 F 使得diff(F)=f。如果积 }F-,PSH
Ml
OouR4
分式的解析式 (analytical form, closed form) 不存在的话或是MATLAB无法找到,则int 传回原输入的符号式。相关的函数语法有下列 4个: wKE}BO >
PEMuIYm$
int(f) 传回f对预设独立变数的积分值 Z8:'_#^@a[
;y.<I&
int(f,'t') 传回f对独立变数t的积分值 <3 I0$?xL
e@ DVf
int(f,a,b) 传回f对预设独立变数的积分值,积分区间为[a,b],a和b为数值式 }g"K\x:Z
;HmQRiCg
int(f,'t',a,b) 传回f对独立变数t的积分值,积分区间为[a,b],a和b为数值式 ^o(C\\>{&
z:d+RMA
int(f,'m','n') 传回f对预设变数的积分值,积分区间为[m,n],m和n为符号式 5N[H@%>QO
)2?A|f8
我们示范几个例子: CTZ#QiNP
Wdp4'rB
>>S1 = '6*x^3-4*x^2+b*x-5'; S~ZRqL7ZO
%(~8a
>>S2 = 'sin(a)'; ;m}o$`
|#5_VEG
>>S3 = 'sqrt(x)'; sf,9Ym
M5{vYk>,1Q
>>int(S1) }4_c~)9Q
(!koz'f
ans= 3/2*x^4-4/3*x^3+1/2*b*x^2-5*x +pjU4>)
?>iZ){0,
>>int(S2) &P(vm@*
^ oh%Ns
ans= -cos(a) 1-}$sO c
:i]g+</
>>int(S3) wb6$R};?
ZIJTGa}B
q
ans= 2/3*x^(3/2) QW>(LG G=
7WN$ rl5/
>>int(S3,'a','b') XaYgl&x'!x
oT^r
ans= 2/3*b^(3/2)- 2/3*a^(3/2) KDYyLkI dr
6'JP%~QlS
>>int(S3,0.5,0.6) y:dwx *Q9I
Ts3(,Y
ans= 2/25*15^(1/2)-1/6*2^(1/2) `bEum3l\6]
!gG\jC~n
>>numeric(int(S3,0.5,0.6)) % 使用numeric函数可以计算积分的数值 b*o,re)Dj
K9Bi2/N
ans= 0.0741 uH8`ipX
G9jlpf5>
2.3求解常微分方程式 #mbl4a
1a;&&!X
MATLAB解常微分方程式的语法是dsolve('equation','condition'),其中equation代表常微分方程式即y'=g(x,y),且须以Dy代表一阶微分项y' D2y代表二阶微分项y'' , Ge4tc
6|{uZNz
condition则为初始条件。 uT{.\qHo
Gq^#.o]
假设有以下三个一阶常微分方程式和其初始条件 KDy:A>_ G"
fa;GM7<e)
y'=3x2, y(2)=0.5 Mta;6<
nuX W/7M
y'=2.x.cos(y)2, y(0)=0.25 'gv7&$X}4
!Mk:rO-L
y'=3y+exp(2x), y(0)=3 P7p'j
Y$6W~j
对应上述常微分方程式的符号运算式为: &<%U7?{~
Ow7I`#P
>>soln_1 = dsolve('Dy = 3*x^2','y(2)=0.5') 1w|V'e?kb
o*1t)HL <
ans= x^3-7.500000000000000 k0R;1lZ0n
m1lfC
>>ezplot(soln_1,[2,4]) % 看看这个函数的长相 9@|X~z5E
hy|X(m
?4}EhXR(
6Bfu89
>>soln_2 = dsolve('Dy = 2*x*cos(y)^2','y(0) = pi/4') 1MzOHE
7<VfE`Q3
ans= atan(x^2+1) Q.[^5
8
mLn =SU{#
>>soln_3 = dsolve('Dy = 3*y + exp(2*x)',' y(0) = 3') ))>)qav
$\@yH^hL
ans= -exp(2*x)+4*exp(3*x) =xX\z\[A
R!.HS0i.
`;R|SyrX
id.W"5+
2.4非线性方程式的实根 0IEFCDeCO
v`$9;9
要求任一方程式的根有三步骤: ^y"$k
]=g|e
先定义方程式。要注意必须将方程式安排成 f(x)=0 的形态,例如一方程式为sin(x)=3, 'E,Bl]8C5
'3@WF2a
则该方程式应表示为 f(x)=sin(x)-3。可以 m-file 定义方程式。 d/ OIc){tD
<~Tlx:
代入适当范围的 x, y(x) 值,将该函数的分布图画出,藉以了解该方程式的「长相」。 jsvD[ \P
3f:I<S7
由图中决定y(x)在何处附近(x0)与 x 轴相交,以fzero的语法fzero('function',x0) 即可求出在 x0附近的根,其中 function 是先前已定义的函数名称。如果从函数分布图看出根不只一个,则须再代入另一个在根附近的 x0,再求出下一个根。
<&'r_m
^50/.Z>
以下分别介绍几数个方程式,来说明如何求解它们的根。 _r|$H_#
:/IcFU~)M
例一、方程式为 8EPV\M1%
]Zim8^n?`.
sin(x)=0 QPfS3%p`
:*!u\lV \
我们知道上式的根有 ,求根方式如下: , &HZvU&
?WX&,ew~
>> r=fzero('sin',3) % 因为sin(x)是内建函数,其名称为sin,因此无须定义它,选择 x=3 附近求根 y6o^ Knl
RfwTqw4@
r=3.1416 v=|BqG`
Mf&W<n^j
>> r=fzero('sin',6) % 选择 x=6 附近求根 MNiu5-g5
05MtQB
r = 6.2832 6Bp{FOj:Ss
`B6{y9J6
例二、方程式为MATLAB 内建函数 humps,我们不须要知道这个方程式的形态为何,不过我们可以将它划出来,再找出根的位置。求根方式如下: AAdRuO{l1
q$`:/ ehw
>> x=linspace(-2,3); 8Db~OYVJG
b~b(Ed{r
>> y=humps(x); O`dob&C
Co19^g*
>> plot(x,y), grid % 由图中可看出在0和1附近有二个根 88U4I
GD'C^\EaZ
]T(O;y*m
BQBO]<99
vd /_`l.D
WytCc>oL
u6y\ GsM.a
c)SSi@<
cv
Ytx+7OLe
GGF;T&DWad
S53%*7K.
6DJ,/J2F
Xx|&%b{{r
z[v5hhI)4
_T5~B"*
>> r=fzero('humps',1.2) 9zO3KT2
''BP4=r5n
r = 1.2995 vo`wYJ3W
].dTEzL9X
例三、方程式为y=x.^3-2*x-5 :/%Vpdd@
o Ayk
这个方程式其实是个多项式,我们说明除了用 roots 函数找出它的根外,也可以用这节介绍的方法求根,注意二者的解法及结果有所不同。求根方式如下: q 8=u.T
Uzb"$Ue4
% m-function, f_1.m [l#WS
g-p
OO/|
function y=f_1(x) % 定义 f_1.m 函数 C3@.75-E
@?B=8VHR
y=x.^3-2*x-5; {C]M]b*F6(
;wQWt_OtuJ
>> x=linspace(-2,3); EJWMr`zdn
;@d%<yMf@
>> y=f_1(x); fr#lH3
4nl>&AV
>> plot(x,y), grid % 由图中可看出在2和-1附近有二个根 g=Qga09
@IiT8B
M2@q{RiS
&vMH
AZd
Ix"c<1I
K%=n \Y
l IFt/
<Z m ,q}
uAvs
=|U2 }U;
ZHC sv]l
G'Q7(c
3yKI2en"
9uS7G *
>> r=fzero('f_1',2); % 决定在2附近的根 oo Z-T>$
Tc88U8Gc
r = 2.0946 ,\IqKRcYU
pz&=5F
>> p=[1 0 -2 -5] 3,vH:L4
`90v~OF
>> r=roots(p) % 以求解多项式根方式验证 ,K9UT#h
f0D Ch]
r = 40#KcbMa|
-8tA~;p
2.0946 xapkhIW2\
N9n1s2;o
-1.0473 + 1.1359i H~ZSw7!M8
\OU+Kl<
-1.0473 - 1.1359i 7&At_l_
4]B3C\
v
2.5线性代数方程(组)求解
5pok%g
*b)b#p
我们习惯将上组方程式以矩阵方式表示如下 R82Y&s;
tH'VV-!MZ
AX=B 13QCM0#
'!2t9B8XX
其中 A 为等式左边各方程式的系数项,X 为欲求解的未知项,B 代表等式右边之已知项 %b{!9-n}
qXI30Yo#d
要解上述的联立方程式,我们可以利用矩阵左除 \ 做运算,即是 X=A\B。 zl:D|h77
kW!:bh
如果将原方程式改写成 XA=B m@,>d_|-K-
r{Q< a
其中 A 为等式左边各方程式的系数项,X 为欲求解的未知项,B 代表等式右边之已知项 zOE6;c81
%8*d)AB:
注意上式的 X, B 已改写成列向量,A其实是前一个方程式中 A 的转置矩阵。上式的 X 可以矩阵右除 / 求解,即是 X=B/A。 )j6>b-H
_#4,&bh8
若以反矩阵运算求解 AX=B, X=B,即是 X=inv(A)*B,或是改写成 XA=B, X=B,即是X=B*inv(A)。 'i(p@m<'
=CVT8(N*
我们直接以下面的例子来说明这三个运算的用法: J:lwq@u
GiZ'IDV
>> A=[3 2 -1; -1 3 2; 1 -1 -1]; % 将等式的左边系数键入 YW{V4yW
}}1/Ede{5
>> B=[10 5 -1]'; % 将等式右边之已知项键入,B要做转置 v 2 GhR*
.zAafi0
>> X=A\B % 先以左除运算求解 ;iORfUjxrq
vs@:L)GW\
X = % 注意X为行向量 S1zw'!O5
:'dc=C
-2 M([H\^\:
I.u,f:Fl'
5 YgiGI
<U
Z]S0AB.Z@
6 _cw^5
%~5Q^3$O
>> C=A*X % 验算解是否正确 `fkrik
#P-HV
C = % C=B h<K;VpL6
JYr7;n'!
10 Kk9 8FI0]
"|'`'W
5 VQ?H:1R
8~)[d!'
-1 y+scJ+<
IJc#)J.2A
>> A=A'; % 将A先做转置 s~$4bN>LD
i 9tJHeSm
>> B=[10 5 -1]; >1U@NK)HfY
Cj1UD;
>> X=B/A % 以右除运算求解的结果亦同 C5 5n
N&ql(#r
X = % 注意X为列向量 b<(UmRxx3
Au._n,<
10 5 -1 wmr%h q
,Q#tA|:8j
>> X=B*inv(A); % 也可以反矩阵运算求解