2.1微分 'b#RfF,7H}
Z_Jprp{3h
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: 7_C;-
c=]qUhnH
diff(f) 传回f对预设独立变数的一次微分值 sKYb&2wJ
ufAp7m@ud
diff(f,'t') 传回f对独立变数t的一次微分值 7sKN`
w='1uV<6
diff(f,n) 传回f对预设独立变数的n次微分值 wEL$QOu$
Bv_C *vW
diff(f,'t',n) 传回f对独立变数t的n次微分值 | n5F_RL
0Ci\(
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。 0jCYOl
b:3n)-V{ u
先定义下列三个方程式,接著再演算其微分项: YfL|FsCh
y;Xb."e~
>>S1 = '6*x^3-4*x^2+b*x-5';
}rf_:
6OR5zXpk
>>S2 = 'sin(a)'; Jcf'Zw"\
^ZnlWZ@r
>>S3 = '(1 - t^3)/(1 + t^4)'; TxAT ))
y;A<R[|Ve
>>diff(S1) ~01
o
|S48xsFvq
ans=18*x^2-8*x+b p48M7OV
D>M
a3g
>>diff(S1,2) {[WEA^C~Q
!GI*R2<W
ans= 36*x-8 ?:l3O_U5
kG_ K &,;@
>>diff(S1,'b') Z7RGOZQ}G
,JIjAm*2
ans= x tiG=KHK%o
'9^+J7iO(+
>>diff(S2) kbzzage6L
D QO~<E6c
ans= Dyv 6K_,
gTWl];xja
cos(a) +F3@-A
*y[i~{7:
>>diff(S3) }~pT
saw
e!
V`cg0
ans=-3*t^2/(1+t^4)-4*(1-t^3)/(1+t^4)^2*t^3 *sK")Q4N
E!<w t
>>simplify(diff(S3)) ,l`4)@{G
1A\Jh3;Q
ans= t^2*(-3+t^4-4*t)/(1+t^4)^2 T0BFit6
am,UUJ+h>
2.2积分 =au7'i |6
rT$J0"*=
int函数用以演算一函数的积分项, 这个函数要找出一符号式 F 使得diff(F)=f。如果积 5BKga1Q
OZ 4uk.)
分式的解析式 (analytical form, closed form) 不存在的话或是MATLAB无法找到,则int 传回原输入的符号式。相关的函数语法有下列 4个: SKf9
yS#
DM"nxTVre
int(f) 传回f对预设独立变数的积分值 2u 8z>/G
)]x/MC:9r
int(f,'t') 传回f对独立变数t的积分值 z5G<h
R2{ y1b$l
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 J.'}R2gT1
]q@/:I9]
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 pvCn+y/U;
:SFcnYv0
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 $1<V'b[E
J6pQ){;6
我们示范几个例子: bOR1V\Jr$q
p6~\U5rXm
>>S1 = '6*x^3-4*x^2+b*x-5'; ! Ra.DSL
( iM*Y"Y
>>S2 = 'sin(a)'; UHr0J jQK
={&}8VA
>>S3 = 'sqrt(x)'; dXr=&@1
57r?`'#*
>>int(S1) +~~FfIzf#
_SU%ul
ans= 3/2*x^4-4/3*x^3+1/2*b*x^2-5*x 9W{`$30
%|mRib|<C
>>int(S2) (p4|,\+
c%p7?3Ry
ans= -cos(a) yt,xA;g
`I*W}5
>>int(S3) i,HafY
951"0S`Lo
ans= 2/3*x^(3/2) 9WN4eC$
Q1tZ]Q.6
>>int(S3,'a','b') &k'J5YHm8H
c_$9z>$
ans= 2/3*b^(3/2)- 2/3*a^(3/2) OO)m{5r,{
+EI+@hS
>>int(S3,0.5,0.6) EC[2rROn\
tbz?th\#
ans= 2/25*15^(1/2)-1/6*2^(1/2)
r!Ujy .R
kMD:~V
>>numeric(int(S3,0.5,0.6)) % 使用numeric函数可以计算积分的数值 1J$sIY,Ou
-$Y@]uf^
ans= 0.0741 U)IW6)q
"#7~}ZB
2.3求解常微分方程式 zY?GO"U"
Jpi\n-
d!
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'' , w74)kIi
n_G< /8
condition则为初始条件。 02g!mJW>}y
);4lM%]eb
假设有以下三个一阶常微分方程式和其初始条件 __x2xtrH
=HJ)!(
y'=3x2, y(2)=0.5 "Mt4~vy
r{DR$jD
y'=2.x.cos(y)2, y(0)=0.25 jKFypIZ4
x13t@b
y'=3y+exp(2x), y(0)=3 :U^!N8i"=
"`pI!nj
对应上述常微分方程式的符号运算式为: H(qDQqJHYy
\i
Ylh
HD
>>soln_1 = dsolve('Dy = 3*x^2','y(2)=0.5') hoy+J/
sTu6KMn
ans= x^3-7.500000000000000 u\~dsD2)q
L2"fO
>>ezplot(soln_1,[2,4]) % 看看这个函数的长相 h-0sDt pR
q}-q[p?
5
dB{o-R
INca
>>soln_2 = dsolve('Dy = 2*x*cos(y)^2','y(0) = pi/4') #=)(t${7'
t*<@>] k
ans= atan(x^2+1) \^<eJfD
d*7nz=0&$
>>soln_3 = dsolve('Dy = 3*y + exp(2*x)',' y(0) = 3') u nE h
L_f u<W
ans= -exp(2*x)+4*exp(3*x) >)g`;iO
F
Qtlo+3
OnO56,+S^
cID{X&or
2.4非线性方程式的实根 HKA7|z9{
U1pL
`P1
要求任一方程式的根有三步骤: w2BIf[~t
0IHcyb
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, KPGo*mY
$[zy|Y(
则该方程式应表示为 f(x)=sin(x)-3。可以 m-file 定义方程式。 ,xA`Fu9^
md`PRZzj@
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」。 asT*Z"/Q!
ImJ2tz6
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。 xf1@mi[a
FI@!7@
以下分别介绍几数个方程式,来说明如何求解它们的根。 @eQIwz
x5q5<-#
例一、方程式为 c(@V
t&gE
B j!{JcM-^
sin(x)=0 .ztO._J7f
^l\U6$3
我们知道上式的根有 ,求根方式如下: CRy;>UI
"b&[W$e
>> 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 zyNg?_SM
+bwSu)k
r=3.1416 C(i1 Vx<-
s;-(dQ{O
>> r=fzero('sin',6) % 选择 x=6 附近求根 2BA'Zu`
gC-3ghmgS
r = 6.2832 ha6jbni
h
WvQh
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: v]CH
L#
|
Y*-#yG9
>> x=linspace(-2,3); :BLD&mb"Y
9Xw(|22
>> y=humps(x); o#V}l^uU=
3D3/\E#'o
>> plot(x,y), grid % 由图中可看出在0和1附近有二个根 Ii"h:GY;\
E0XfM B]+
~(4;P%L:
>3R)&N
n_[;2XQQ
@ToY,@]e
?LU]O\p
g9 .b6}w!
G]Fp},
OgpZwwk
xij`Mr
2y/|/IW=
aw
z(W>
i
v7^!
qV^Z@N+,
>> r=fzero('humps',1.2) };5d>#NK,Y
I^h^QeBis
r = 1.2995 F91'5D,u0
Wr.G9zq.+
例三、方程式为y=x.^3-2*x-5 "8{#R*p
L+s3@C;b
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: *c<=IcA
:77dl/d%
% m-function, f_1.m 4-RzWSFbo`
N?]HWP^pg
function y=f_1(x) % 定义 f_1.m 函数 %fY\vd2
kk6Af\NZ
y=x.^3-2*x-5; r+6=b"
@edx]H1~^
>> x=linspace(-2,3); I"TFj$Pg
'!8'Xo@Go3
>> y=f_1(x); (* WO<V
Z_iVOctP
>> plot(x,y), grid % 由图中可看出在2和-1附近有二个根 QDO.&G2
wxy.&a]
L\1&$|?
zo!e<>o
9"T&P_
fO6i
IGKF&s*;{[
*}mk$bA
=Kf]ZKj)
>NL4&MV:
TGUlJLT
h+,Eu7\88
9 b?Nlk8d
HB+{vuN*L
>> r=fzero('f_1',2); % 决定在2附近的根 ;8!L*uMI
QU&LC
r = 2.0946 -u!{8S~wA
){~]-VK
>> p=[1 0 -2 -5] U]!~C 1cmw
/XfE6SBz
>> r=roots(p) % 以求解多项式根方式验证 Jat|n97$
CF|4, K)
r = V4~`yT?*"
D`Tx,^E
2.0946 (c^ZFh2]
HN7C+e4U~
-1.0473 + 1.1359i 9c `Vrlu
6S`J7[
-1.0473 - 1.1359i ;gE]*Y.Z.p
|2ttdc.
2.5线性代数方程(组)求解 0+H4sz%.
m]XG7:}V0
我们习惯将上组方程式以矩阵方式表示如下 <G+IbUG:
Ml bQLtw
AX=B Zt3Y<3o
c-?2>%;(V
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 qKL:#ny
d
:(&q
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。 G]DSwtB?D
h_xHQf
如果将原方程式改写成 XA=B BRSOE U\=
7[ 82~jM[
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 ;|a,1#x
"$@Wy,yp
注意上式的 X, B 已改写成列向量,A其实是前一个方程式中 A 的转置矩阵。上式的 X 可以矩阵右除 / 求解,即是 X=B/A。 *=b#>//
;";#{B:
若以反矩阵运算求解 AX=B, X=B,即是 X=inv(A)*B,或是改写成 XA=B, X=B,即是X=B*inv(A)。 e<.O'!=7Y
e#R'_}\yj
我们直接以下面的例子来说明这三个运算的用法: xzI?'?duC
,)u7P Ms
>> A=[3 2 -1; -1 3 2; 1 -1 -1]; % 将等式的左边系数键入 u)NmjW
U&PwEh4uG
>> B=[10 5 -1]'; % 将等式右边之已知项键入,B要做转置 948 lL&
cq?&edjP
>> X=A\B % 先以左除运算求解 xD|/98
b@p3iq:
X = % 注意X为行向量 szZ8-Y
y,YK Mc
-2 Y\Grf$e
2%i3[N*
5 ,.Sd)JB'
..Dr?#Cr
6 K1*oYH B
\H6[6*JuB
>> C=A*X % 验算解是否正确 f\/'Fy0
I7[F,xci
C = % C=B <"}Gvi
>U%:Nfo3
10 S8S<>W
Q,AM<\S
5 SniKCqmC]
L2NO_N
-1 $h)VKW^\
"&@v[O)!xu
>> A=A'; % 将A先做转置 p3f>;|uh_
kN'.e*
>> B=[10 5 -1]; $@R[$/
VQMPs{tm
>> X=B/A % 以右除运算求解的结果亦同 qad`muAd
ophQdJM
X = % 注意X为列向量 .3Ag6YI0N
Y*KHr`\C4
10 5 -1 h^`!kp
<gtqwH]
>> X=B*inv(A); % 也可以反矩阵运算求解