2.1微分 6u8`,&U
;h/Y9uYn
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: D=9x/ ) *G
Rg0\Ng4|G
diff(f) 传回f对预设独立变数的一次微分值 RoJ&dK
BN#^
/a-
diff(f,'t') 传回f对独立变数t的一次微分值 G>#L
1(On.Y=
diff(f,n) 传回f对预设独立变数的n次微分值 ;qG a|`#j
{Z-5
diff(f,'t',n) 传回f对独立变数t的n次微分值 !X[lNtO
"GZhr[AW
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。 :*}tkr4&eh
F!zZIaB]
先定义下列三个方程式,接著再演算其微分项: 6"ZQN)7
YdC:P#
Nf
>>S1 = '6*x^3-4*x^2+b*x-5'; v,g,c`BjK
\?g)jY
>>S2 = 'sin(a)'; 8&dmH&
]*):2%f
>>S3 = '(1 - t^3)/(1 + t^4)'; H~x0-q<8
ukG1<j7.
>>diff(S1) zg8m(=k'
3 5|5|ma
ans=18*x^2-8*x+b xo^_;(;
7J$ ^R6rh
>>diff(S1,2) \% ^<Ll
K")-P9I6-f
ans= 36*x-8 U$0#j
jZm1.{[>
>>diff(S1,'b') L$7v;R3
9%\q*
ans= x Z~$& h
tk1qgjE(?
>>diff(S2) !u4oo-
wond>m
3
ans= {yspNyOx
mnu7Y([2>
cos(a) &?zJ|7rh@|
S1`+r0Fk~n
>>diff(S3) X)~JX}-L
(`>4~?|+T
ans=-3*t^2/(1+t^4)-4*(1-t^3)/(1+t^4)^2*t^3 puMpUY
3ck;~Ncj<
>>simplify(diff(S3)) ^f3F~XhY3
PPE:@!u<
ans= t^2*(-3+t^4-4*t)/(1+t^4)^2 >@ge[MuS
fa<83<.D
2.2积分 PX]A1Kt?
[@>Kd`!'
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 %li'j|
u!{P{C
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: r,yhc =
<M+ZlF-`
int(f) 传回f对预设独立变数的积分值 _Vp9Y:mX2
tLV9b %i(
int(f,'t') 传回f对独立变数t的积分值 x#Hq74H,
T(3"bS.,
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 ! daXF&q
7%)4cHZ^$?
int(f,'t',a,b) 传回f对独立变数t的积分值,积分区间为[a,b],a和b为数值式 6aMqU?-
;t*45
int(f,'m','n') 传回f对预设变数的积分值,积分区间为[m,n],m和n为符号式 }tj@*n_
chfj|Ce]x
我们示范几个例子: G4<'G c
dc%+f
>>S1 = '6*x^3-4*x^2+b*x-5'; :LcR<>LZ
!;iySRZr
>>S2 = 'sin(a)'; DSET!F;PG
lBPZB%
>>S3 = 'sqrt(x)'; c&F"tLl
oD!72W_:
>>int(S1) .sjM$#V=
G}f.fRY
ans= 3/2*x^4-4/3*x^3+1/2*b*x^2-5*x *,pG4kh!
F=d#$-yg
>>int(S2) pw&l.t6.
r 97 VX>
ans= -cos(a) {!6!z,
u49/LtB\
>>int(S3) &t%ICz&3
M}M.
ans= 2/3*x^(3/2) =_Qt&B)
j.ANBE96>
>>int(S3,'a','b') FV:{lC{h~
(x?A#o>%
ans= 2/3*b^(3/2)- 2/3*a^(3/2) $IB@|n
rq2XFSXn
>>int(S3,0.5,0.6) \{NeDv{A
::adT=
ans= 2/25*15^(1/2)-1/6*2^(1/2) - +
$u
wIi(p5*
>>numeric(int(S3,0.5,0.6)) % 使用numeric函数可以计算积分的数值 (lEWnf=2h
<\Y>y+$3
ans= 0.0741 cWh Aj>?_Q
eFZ`0V0
2.3求解常微分方程式 u4+)lvt
{WFYNEQ[
MATLAB解常微分方程式的语法是dsolve('equation','condition'),其中equation代表常微分方程式即y'=g(x,y),且须以Dy代表一阶微分项y' D2y代表二阶微分项y'' , |h6)p;`gc
sV3/8W13
condition则为初始条件。 y>Nlj%XH
;~/
假设有以下三个一阶常微分方程式和其初始条件
^$rt|]
\ m2[
y'=3x2, y(2)=0.5 !BK^5,4?--
C"hc.A&4
y'=2.x.cos(y)2, y(0)=0.25 tTQ>pg1{qh
"$
u"Py
y'=3y+exp(2x), y(0)=3 l2n>Wce9
8kO|t!?:U
对应上述常微分方程式的符号运算式为: NaAq^F U
b/
~&M+)
>>soln_1 = dsolve('Dy = 3*x^2','y(2)=0.5') HM ^rk
Xo]FOJ5
ans= x^3-7.500000000000000 MZ% P(5
uXK$5"
>>ezplot(soln_1,[2,4]) % 看看这个函数的长相 KOwEw~
dd98vVj
E%/E%9-7\
!f_Kq$.{
>>soln_2 = dsolve('Dy = 2*x*cos(y)^2','y(0) = pi/4') |urohua
){8^l0b
ans= atan(x^2+1) g($ y4~#
*:GoS?Ma
>>soln_3 = dsolve('Dy = 3*y + exp(2*x)',' y(0) = 3') {e>}.R
P]!eM(
ans= -exp(2*x)+4*exp(3*x) ~#(bX]+A
JX>_imo
]sbu9O ^"f
ydoCoD
w
2.4非线性方程式的实根 .5_w^4`b
]FsPlxk6
要求任一方程式的根有三步骤: 97<Y.
0
2/(gf[elX
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, W 4 )^8/
=`.9 V<
则该方程式应表示为 f(x)=sin(x)-3。可以 m-file 定义方程式。 /z5j.TMs
lD 9'^J
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」。 C 5)G^
.VWH
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。 >&BgF*mm
dHd{9ftyF
以下分别介绍几数个方程式,来说明如何求解它们的根。 >W 8!YOc
i[WTp??Uv
例一、方程式为 =}_c=z?UY
W\FKAvS
sin(x)=0 /I".n]
I,t 0X)
我们知道上式的根有 ,求根方式如下: T>W(Caelq
-OVJ]
>> 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 va#~ \%`
4[rD|
r=3.1416 +O9l@X$l=
vhKeW(z
>> r=fzero('sin',6) % 选择 x=6 附近求根 :t9(T?2
S@Jl_`<
r = 6.2832 *>Om3[D
31J7# S2
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: vC+mC4~/(
G}] ZZ
>> x=linspace(-2,3); yh lZdF
@(Q4
>> y=humps(x); Gz^g!N[
AF **@iG
>> plot(x,y), grid % 由图中可看出在0和1附近有二个根 */?L_\7
NE3G!qxL
`p'L3u5H-
WET $H,
qdUlT*fw
'VR5>r
?CM,k0
YHCXVu<.b
vjbot^W9
;?%2dv2d
*1%=?:$(r6
vJXd{iQE@C
r}03&h~Hc&
9.PY49|
Fv e,&~
>> r=fzero('humps',1.2) nef-xxXC^I
!YAkHrF`[0
r = 1.2995 O(WFjmHx
qY#*zx
例三、方程式为y=x.^3-2*x-5 0qJ 3@d
(}]74Lc
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: Gs*ea'T)
bu@Pxz%_
% m-function, f_1.m 0fNWI
-YSn 3=
function y=f_1(x) % 定义 f_1.m 函数 2Uu,Vv
=fG(K!AQ
y=x.^3-2*x-5; BWw7o{d
^JYR^X>_
>> x=linspace(-2,3); '!IX;OSjH
=>-b?F0(c
>> y=f_1(x); yHT}rRS8
M(oW;^B
>> plot(x,y), grid % 由图中可看出在2和-1附近有二个根 n>Zkx+jLj<
zA-?x1th&
f\/};a
ilFM+x@
{"4t`dM
I|iI
,l/9
:gQc@)jZ(*
+wT,dUin_<
\gIdg:"02
'90B),c{
iAup',AZg
li
NPXS+
`EWeJ(4Z@
?6uh^Qal
>> r=fzero('f_1',2); % 决定在2附近的根 Q Z9)uI
@,zBZNX
y
r = 2.0946 j-yD;N
a$9UUH-|
>> p=[1 0 -2 -5] ,9W 0fm\t
G)b ]uX
>> r=roots(p) % 以求解多项式根方式验证 S5bk<8aPP
R<JI
r = |#!25qAT
9(u2jbA
2.0946 e(!a~{(kq%
DYzVV(_J"
-1.0473 + 1.1359i /0@}7+&
[C7:Yg7
-1.0473 - 1.1359i h"ZF,g;a
?8vjHEE
2.5线性代数方程(组)求解 :Z1_;`>CT
'7_'s1
我们习惯将上组方程式以矩阵方式表示如下 Prjl ;[I}
)%#hpP M^
AX=B s,`
n=#
6p1TI1(
其中 A 为等式左边各方程式的系数项,X 为欲求解的未知项,B 代表等式右边之已知项 X
Phw0aV
CGv(dE,G&]
要解上述的联立方程式,我们可以利用矩阵左除 \ 做运算,即是 X=A\B。 zRf]SZ(tO
5!y3=.j
如果将原方程式改写成 XA=B C5XCy%h
R`s /^0
其中 A 为等式左边各方程式的系数项,X 为欲求解的未知项,B 代表等式右边之已知项 dcXtT3,kpX
U/jJ@8
注意上式的 X, B 已改写成列向量,A其实是前一个方程式中 A 的转置矩阵。上式的 X 可以矩阵右除 / 求解,即是 X=B/A。 p8F|]6Z
}m0Lr:vq<r
若以反矩阵运算求解 AX=B, X=B,即是 X=inv(A)*B,或是改写成 XA=B, X=B,即是X=B*inv(A)。 _VY]
FK
mFjqY
我们直接以下面的例子来说明这三个运算的用法: P#EqeO
1b_->_9
>> A=[3 2 -1; -1 3 2; 1 -1 -1]; % 将等式的左边系数键入 G%'h'AV"
1
C[#]krh
>> B=[10 5 -1]'; % 将等式右边之已知项键入,B要做转置 fnB-?8K<
EE%OD~u&9#
>> X=A\B % 先以左除运算求解 aIqNNR
!q7M+j4
X = % 注意X为行向量 V(w[`^I>~
!$_mWz
-2 n,V`Y'v)
O`@$YXuD
5 XP{ nf9&
z{ymVd0#
6 4tq>Lx^5U
b_wb!_
>> C=A*X % 验算解是否正确 tQ|b?3
IM
+Dm
C = % C=B HkrNh>^=
poXkH@[O
10 {]Lc]4J
=Oo*7|Z
5 4["}U1sG
Z;%qpsq
-1 f_z2d+
4|Y0$(6o
>> A=A'; % 将A先做转置 ]8H;LgM2
yn%w'
>> B=[10 5 -1]; <@zOdW|{:
?m~x%[Vn
>> X=B/A % 以右除运算求解的结果亦同 QQrvT,]
uO":\<1#
X = % 注意X为列向量 ]v9<^!
71)HxC[6vA
10 5 -1 "bw4{pa+
071wo7
>> X=B*inv(A); % 也可以反矩阵运算求解