2.1微分 F7p`zf@O]
/Wjf"dG}
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: m[5ed1+
lZ+1A0e
diff(f) 传回f对预设独立变数的一次微分值 WsM/-P1Y
TI'~K}Te
diff(f,'t') 传回f对独立变数t的一次微分值 kr
?`GQm
KueI*\ p
diff(f,n) 传回f对预设独立变数的n次微分值 (w 'k\y
=2wy;@f
diff(f,'t',n) 传回f对独立变数t的n次微分值 atFu
KYI
(i'wa6[E8
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。 4p&SlJ
"jl`FAu)q
先定义下列三个方程式,接著再演算其微分项: H~qY7t
RK]."m0c~#
>>S1 = '6*x^3-4*x^2+b*x-5'; TLzcQ |
*Oe;JqQkK
>>S2 = 'sin(a)'; {'
|yb
\=g%W^i
>>S3 = '(1 - t^3)/(1 + t^4)'; 7W#9ki1
!FnH;
>>diff(S1) M8lR#2n|
zPoIs@
ans=18*x^2-8*x+b 7<ES&ls_
!NOvKC!
>>diff(S1,2) jZY9Lx8o
(3G]-
ans= 36*x-8 7~q'3 N
\E<)B#
>>diff(S1,'b') w4+bzdZ
6{I5 23g
ans= x 0ID
8L
[
pKSVT
>>diff(S2) dQFx]p3L
WS0RvBvb
ans= eVWnD,'
Ih95&HsdC
cos(a) 5G=CvGu
bsmnh_YRj
>>diff(S3) 0?j+d8*
3' 6>zp
ans=-3*t^2/(1+t^4)-4*(1-t^3)/(1+t^4)^2*t^3 ',*
6vbII
{4{ACp
>>simplify(diff(S3)) \*w*Q(&3
|3g:q
ans= t^2*(-3+t^4-4*t)/(1+t^4)^2 7QRtNYo#\
UkL'h&J~
2.2积分 Hca)5$yL
/T*]RO4%>]
int函数用以演算一函数的积分项, 这个函数要找出一符号式 F 使得diff(F)=f。如果积 j:,*Liz
m5LP~Gb
分式的解析式 (analytical form, closed form) 不存在的话或是MATLAB无法找到,则int 传回原输入的符号式。相关的函数语法有下列 4个: _hLM\L
ni]gS0/
int(f) 传回f对预设独立变数的积分值 .Isg1qrC
ZA ii"F
int(f,'t') 传回f对独立变数t的积分值 zn3i2MWS
U07n7`2w
int(f,a,b) 传回f对预设独立变数的积分值,积分区间为[a,b],a和b为数值式 .|{*.YE
,[^P
int(f,'t',a,b) 传回f对独立变数t的积分值,积分区间为[a,b],a和b为数值式 rq6(^I
i@_|18F]`
int(f,'m','n') 传回f对预设变数的积分值,积分区间为[m,n],m和n为符号式 g!%csf
Ph.$]yQCc]
我们示范几个例子: rYq8OZLi
GYv2^IB:
>>S1 = '6*x^3-4*x^2+b*x-5'; U1rh[A>
gy<pN?Mw
>>S2 = 'sin(a)'; <
v_ ?}
e$tKKcj0T
>>S3 = 'sqrt(x)'; 5NeEDY2%#
W~Mj6c~S"
>>int(S1) qx53,^2
nS'0i&<{1
ans= 3/2*x^4-4/3*x^3+1/2*b*x^2-5*x -i @!{ ?
%-T]!3"n
>>int(S2) E(
*$wD
BbiBtU
ans= -cos(a) o,Ew7~u
J/wot,j^
>>int(S3) 2@ACmh
WE`Y!
ans= 2/3*x^(3/2) #\4uu
4y21v|(9
>>int(S3,'a','b') kG,6;aVZ8
F/RV{} 17E
ans= 2/3*b^(3/2)- 2/3*a^(3/2) h.~S^uKi*
JYKA@sZHe
>>int(S3,0.5,0.6) (g~&$&pa
tp*AA@~
ans= 2/25*15^(1/2)-1/6*2^(1/2)
h+ELtf
;Cyt2]F
>>numeric(int(S3,0.5,0.6)) % 使用numeric函数可以计算积分的数值 S]{K^Q),
eVbHPu4
ans= 0.0741 :fpYraBM
Te!q(;L`4
2.3求解常微分方程式 R0\E?9P
S <|e/![@
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'' , S|!U=&
t91v%L
condition则为初始条件。 "vjz $.
i)8,u
假设有以下三个一阶常微分方程式和其初始条件 ZZFa<AK4
cy/;qd+!M
y'=3x2, y(2)=0.5 `<Zp!Hl(j
Ge[N5N>
y'=2.x.cos(y)2, y(0)=0.25 m]Z&
.,bA
P*R`3Y,
y'=3y+exp(2x), y(0)=3 0$/wH#f
x8gUP
对应上述常微分方程式的符号运算式为: o& $Fc8bH
OYNs1yB
>>soln_1 = dsolve('Dy = 3*x^2','y(2)=0.5') UG48g}
A'6>"=ziP
ans= x^3-7.500000000000000 ^^)D!I"cA,
}r*t
V)
>>ezplot(soln_1,[2,4]) % 看看这个函数的长相 `2d ,=.X
0 Co_,"
~n|*-rca
eA#J7=eC
>>soln_2 = dsolve('Dy = 2*x*cos(y)^2','y(0) = pi/4') d^WVWk K
fkyj&M/
ans= atan(x^2+1) O^4:4tRpt
f(7/
>>soln_3 = dsolve('Dy = 3*y + exp(2*x)',' y(0) = 3') )iluu1,o
p?=rQte([
ans= -exp(2*x)+4*exp(3*x) (PE"_80Z
+;pdG[N
}O5c.3
x>;!`}x
2.4非线性方程式的实根 |zGwt Z
Nx;U]O6A
要求任一方程式的根有三步骤: xhj
A!\DS
lySeq^y?Q
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, $
;~G
qA#!3<
则该方程式应表示为 f(x)=sin(x)-3。可以 m-file 定义方程式。 4U~[8U}g
*>9#a0cp
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」。 r2qxi'
B@=+Fg DD
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。 [^P25K
b,$H!V*
以下分别介绍几数个方程式,来说明如何求解它们的根。 D#1'#di*t
{1>V~e8t
例一、方程式为 =Qp~@k=2
a(NN%'fDD
sin(x)=0 h~urZXD<
T`Sp!
我们知道上式的根有 ,求根方式如下: O (<Wn-
b`PAOQ
>> 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 j^"Z^TEBT
IO/2iSbW
r=3.1416 @]Aul9.h
{Fta4D_1N
>> r=fzero('sin',6) % 选择 x=6 附近求根 LwZBM#_g
,Si\ky7L
r = 6.2832 `
Cdk
b5
kb Fr
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: w6'o<=
>w9fFm!Q
>> x=linspace(-2,3); L L7a20
~Wm`SIV
>> y=humps(x); ;m,lS_[c
$C##S@
>> plot(x,y), grid % 由图中可看出在0和1附近有二个根 xYtY}?!"
tMad
2,:
.1XZ9M
<fC gU&
jW}n6w5
p)(mF"\8=
KN'l/9.
`Yn^ -W
)Mx[;IwE
n6ETWjP
HIcx "y
>&f .^p
R|Z $aHQ
7v}4 Pl,$4
.Kv>*__-Q
>> r=fzero('humps',1.2) #r `hK)
{d.`0v9h
r = 1.2995 /tikLJ
OY*BVJ^
例三、方程式为y=x.^3-2*x-5 @]1E~
wO@b=1j
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: @tdX=\[~
f#pT6
% m-function, f_1.m e!URj\*
.7ESPr
function y=f_1(x) % 定义 f_1.m 函数 mHE4Es0
s1<_=sfnT
y=x.^3-2*x-5; 6A7UW7/
#IDDKUE
>> x=linspace(-2,3); [Qa0uM#SU
KW+ps16~
>> y=f_1(x); MeW8aLr
j
wlmWO6
>> plot(x,y), grid % 由图中可看出在2和-1附近有二个根 JAj<*TB.%
f(=yC}si
M@UkXA}
^QTl (L
'D#}ce)s#
XL_X0(AKf
H6 ( ~6Bp5
+?zyFb]Km
L,of@>
Pk T&zSQA
L;I.6<K.
G1
%c<1Y
#dE#w#=r
,Ej2]iO\7
>> r=fzero('f_1',2); % 决定在2附近的根 8)&yjY
=\e}fyuK
r = 2.0946 Y=sRVypJ
HUr;ysw
>> p=[1 0 -2 -5] T D].*9
FjRJSMwO,
>> r=roots(p) % 以求解多项式根方式验证 (P~Jzp9u
z[b,:G
r = B++.tQ=X.
z{bMW^F
2.0946 2/sD#vC
9Gfm?.O5
-1.0473 + 1.1359i ,WR$xi.j
h`Vb#5ik
-1.0473 - 1.1359i @4^5C-
<.CO{L\e
2.5线性代数方程(组)求解 }]>[FW
$TU=^W)X
我们习惯将上组方程式以矩阵方式表示如下 90|p]I%
%h=)>5-T
AX=B ZD/>L/
"
E72j.
其中 A 为等式左边各方程式的系数项,X 为欲求解的未知项,B 代表等式右边之已知项 :k6|-A2
fc._*y#AS
要解上述的联立方程式,我们可以利用矩阵左除 \ 做运算,即是 X=A\B。 TyD*m$`y
h#@l'Cye
如果将原方程式改写成 XA=B 8 Mp2MZ*p
,w; ~R4x
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 iN8?~T}w
^_9 ^iL
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。 qe4hNFq
OYzt>hdH
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)。 iC?s`c0B
1>jG*tr
我们直接以下面的例子来说明这三个运算的用法: 2!\y0*}K
m8n!<_NFt(
>> A=[3 2 -1; -1 3 2; 1 -1 -1]; % 将等式的左边系数键入 H/Cv ?GJF
3H%R`ha
>> B=[10 5 -1]'; % 将等式右边之已知项键入,B要做转置 lyI
rO"o
{S%)GvrT
>> X=A\B % 先以左除运算求解 Ziuf<X{
\#1!qeF
X = % 注意X为行向量 6[$kEKOY=
`IOp*8
-2 NLyvi,svS
;38W41d{
5 %1gJOV
2FD[D`n]f
6 pP68jL
@ v/%^
>> C=A*X % 验算解是否正确 m?'5*\(ST
ehtiu!Vk
C = % C=B ogs9obbZ!
[6V'UI6
10 (9';zw
Qc;`nck
5 8R`@edj>
0! 9vGs
-1 9<kKno
,
M /-lW
>> A=A'; % 将A先做转置 K_{x
y#H
Fly@"W4a
>> B=[10 5 -1]; 0(Y$xg
to[EA6J8l
>> X=B/A % 以右除运算求解的结果亦同 SOb17:o3|
FRF3V>
X = % 注意X为列向量 PtO-%I<N
Vm'ReH
10 5 -1 $}TqBBe
TUJ]u2J8?
>> X=B*inv(A); % 也可以反矩阵运算求解