2.1微分 y\S7oD(OR
MV/~Rmd.
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: eY(usK
"yz\p,
diff(f) 传回f对预设独立变数的一次微分值 R_1C+
Gz6GU.IyQy
diff(f,'t') 传回f对独立变数t的一次微分值 ?X9
=4Z~w
$@Ay0GEI"
diff(f,n) 传回f对预设独立变数的n次微分值 LNN:GD)>
hL3,/^;E ,
diff(f,'t',n) 传回f对独立变数t的n次微分值 SQ
Fey~
$3[cBX.=
数值微分函数也是用diff,因此这个函数是靠输入的引数决定是以数值或是符号微分,如果引数为向量则执行数值微分,如果引数为符号表示式则执行符号微分。 r2](~&i2
h#n8mtt&i
先定义下列三个方程式,接著再演算其微分项: L$Leo6<3a
6m.Ku13;
>>S1 = '6*x^3-4*x^2+b*x-5'; EU@mrm?
x@Y2jM
>>S2 = 'sin(a)'; jF3!}*7,
QlS5B.h,
>>S3 = '(1 - t^3)/(1 + t^4)'; |ber:1
b$
x"&&
>>diff(S1) *M|\B|A.
g_>ZE
ans=18*x^2-8*x+b !Q(xOc9>Ug
vl5n%m H>^
>>diff(S1,2) cV{ZDq
{''|iwLr
ans= 36*x-8 O9|'8"AF
VA%"IAl
>>diff(S1,'b') #LN
I&5
E?XCL8NC
ans= x _M&.kha
6oP{P_Pxi
>>diff(S2) {IMzR'PN
]v{fFmL
ans= .?p}:
i)2))C
cos(a) 4{DeF@@
?:?4rIZ<
>>diff(S3) Z0=m:h
gr
5]5u
ans=-3*t^2/(1+t^4)-4*(1-t^3)/(1+t^4)^2*t^3 )KqR8UO
X?6h>%) k
>>simplify(diff(S3)) y^AA#kk
Xo@YTol
ans= t^2*(-3+t^4-4*t)/(1+t^4)^2 VDTY<= Q
~& 5&s
2.2积分 RGO:p]t|
^@Qi&g`lr?
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 <!9fJFE
e9W7ke E*
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: mbBRuPEa=u
l;BX\S
int(f) 传回f对预设独立变数的积分值 LO]6Xd"
qP"JNswI_
int(f,'t') 传回f对独立变数t的积分值 B"PHJj
~RXpz-Ye
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 8'lhp2#h
]VWfdG
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 x~;EH6$5'/
z`/.v&<>V
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 @E}X-r.^f
`XxG"k\/S
我们示范几个例子: $a^isd4
.gN$N=7<
>>S1 = '6*x^3-4*x^2+b*x-5'; EyPJvs
5!ubY
6Ph
>>S2 = 'sin(a)'; e5ru:#P.p
;a#*|vx
>>S3 = 'sqrt(x)'; p%"yBpSK
DAnb.0
>>int(S1) |.C
)@qup _M@
ans= 3/2*x^4-4/3*x^3+1/2*b*x^2-5*x }{8Fo4/
#\;>8
>>int(S2)
^ MT9n
`OP>(bU0
ans= -cos(a) )M'UASB;8
kV ,G,wo
>>int(S3) m*!f%}T
@vQa\|j
ans= 2/3*x^(3/2) cVay=5].
_;:rkC fj
>>int(S3,'a','b') WE[m@K[CR
kwHqvO!G
ans= 2/3*b^(3/2)- 2/3*a^(3/2) MdH97L)L.0
tKZ&1E
>>int(S3,0.5,0.6)
gt_XAH
XocsSs
ans= 2/25*15^(1/2)-1/6*2^(1/2) |=cCv_y
VD24X
>>numeric(int(S3,0.5,0.6)) % 使用numeric函数可以计算积分的数值 NQC3!=pQ}Y
n}A?jOSAe
ans= 0.0741 T|@#w%c''
r!$'!lCR
2.3求解常微分方程式 q[G/}
)4ilCS&
MATLAB解常微分方程式的语法是dsolve('equation','condition'),其中equation代表常微分方程式即y'=g(x,y),且须以Dy代表一阶微分项y' D2y代表二阶微分项y'' , e3eVvl5]
W7L+8LU;
condition则为初始条件。 j
u*fyt
Ad;S=h8:
假设有以下三个一阶常微分方程式和其初始条件 IyS"
.Z=Ce!
y'=3x2, y(2)=0.5 BR36}iS;V
{/d4PI7)tK
y'=2.x.cos(y)2, y(0)=0.25 dk_,YU'z
yGvDn' m
y'=3y+exp(2x), y(0)=3 hCM8/Vvx6
dTN$y\
对应上述常微分方程式的符号运算式为: PK6*}y
x_==Ss
>>soln_1 = dsolve('Dy = 3*x^2','y(2)=0.5') ?MC(}dF0
5VR.o!h3I
ans= x^3-7.500000000000000 aDL)|>"Q
rH_Jh}Y
>>ezplot(soln_1,[2,4]) % 看看这个函数的长相 yGiP[d|tRc
k6Ihc?HL
TMJ9~"IO
ZXsYn
>>soln_2 = dsolve('Dy = 2*x*cos(y)^2','y(0) = pi/4') 7DtIVMiK
X9fNGM1
ans= atan(x^2+1) G#H9g PY
z)lM2x>|*
>>soln_3 = dsolve('Dy = 3*y + exp(2*x)',' y(0) = 3') ImIqD&a-h
^qxdmMp)l
ans= -exp(2*x)+4*exp(3*x) m0A# 6=<
H9RGU~q4s[
k-"<{V
Y4#y34We
2.4非线性方程式的实根 {A|bBg1!
$$JIBf8
要求任一方程式的根有三步骤: vsKl#R B
g96T*T
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, 3AURzU
&Y1`?1;nw
则该方程式应表示为 f(x)=sin(x)-3。可以 m-file 定义方程式。 P,i"&9 8
&hayR_F9
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」。 0G5'Y;8
y%4 Gp
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。 2 H[ ; v +
q]^,vei
以下分别介绍几数个方程式,来说明如何求解它们的根。 k6@b|
Z>8eD|m%2
例一、方程式为 F>N+<Z
Z_FNIM0f
sin(x)=0 XaW4C-D&
.Gh%p`<
我们知道上式的根有 ,求根方式如下: &5u BNpH
Gn59yG!4
>> 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 ibJl;sJ
P@gtdi(Q
r=3.1416 lEHwZ<je
wcZbmJ:
>> r=fzero('sin',6) % 选择 x=6 附近求根 I!0JG`&
p1D()-
r = 6.2832 ==N` !+
D`Gt
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: lkA^\+Ct
R2 lXTW*
>> x=linspace(-2,3); K\P!a@>1
q#NR32byF
>> y=humps(x); ?*H9-2W@
D{p5/#|r
>> plot(x,y), grid % 由图中可看出在0和1附近有二个根 ;i\C]*
"Sjr_!u
CWi8Fv
(#o t^
;/'|WLI9
QHzgy?
FXahZW~Ol
5 y
F;u_7OM
zAs&%OjG
)eYDQA>J
5ZK&fKeCF
p@ygne4
)KY:m |Z
m'x;,xfY&F
>> r=fzero('humps',1.2) |]W2EV ,b
} ptMjT{9
r = 1.2995 .9h)bf+
!][F
例三、方程式为y=x.^3-2*x-5 {)@D`{$
gnLn7?
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: +=eR%|!@
zizk7<?L.
% m-function, f_1.m [2
zt ^
{38\vX,I(w
function y=f_1(x) % 定义 f_1.m 函数 y=a V=qD
7I}P*%(f
y=x.^3-2*x-5; "DQ'C%sL9
|P~;C6sf
>> x=linspace(-2,3); SfB8!V|;
S1bAu
<
>> y=f_1(x); @dgH50o[
OBOwz4<
>> plot(x,y), grid % 由图中可看出在2和-1附近有二个根 _xrwu;o0}
Y3',"
*:hyY!x
B,vOsa"x6`
t6lE#<xZV;
B4g8
~f
[}2Z/
TDNf)Mm
#E$X,[ZFo
]@
M5_%p
6f)2 F<
7
@T:faJ5\'
K84^Oq
9&Ne+MY^%
>> r=fzero('f_1',2); % 决定在2附近的根 SO{p ;g
g(hOg~S\E
r = 2.0946 DN8}glVxV
z[nS$]u
>> p=[1 0 -2 -5] h7yqk4'Lq
sZhMa>
>> r=roots(p) % 以求解多项式根方式验证 iL]'y\?lv
06mlj6hV
r = e8P-k3a"5:
gfa[4
z
2.0946 q]% T:A=
#8h;Bj
-1.0473 + 1.1359i v?:: |{
?1I GYyu!
-1.0473 - 1.1359i Di5(9]o2
OJO!FH)
2.5线性代数方程(组)求解 {b)~V3rsY
O4iC]5@
我们习惯将上组方程式以矩阵方式表示如下 s!+
pL|
e Y$qV}
AX=B ~I=Y{iM
0?DC00O
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 K^l:MxO-X
/t%u"dP"T~
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。 ,)FdRRj
^jE8+h
如果将原方程式改写成 XA=B ;#/@+4@a&
tY|8s]{2
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 GW^,g@%C
DKL@wr}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。 YB( Gk;]
hT g<*
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)。 YDJ4c;37
&a0r%L()X
我们直接以下面的例子来说明这三个运算的用法: 'tgKe!-@
6IcNZ!j98
>> A=[3 2 -1; -1 3 2; 1 -1 -1]; % 将等式的左边系数键入 u{<"NR h
}_'IE1bA
>> B=[10 5 -1]'; % 将等式右边之已知项键入,B要做转置 (!L5-8O
:mppv8bh
>> X=A\B % 先以左除运算求解 Jju#iwb
\nNXxTxX!
X = % 注意X为行向量 K>Fqf
+_
n/d`qS
-2 g=L]S-e
V9yl4q-bL
5 -Apc$0ZsN
hwYQGtjF
6 d*8 $>GA
OR1DYHHT/1
>> C=A*X % 验算解是否正确 ZUm?*.g\^
B!]2Se2G
C = % C=B * |.0Myjo
>SF Uy\3
10 I=)hWC/
p9!"O
5 5|0,X<&
yOU(2"8p
-1 7cP@jj
r|Z3$J{^"
>> A=A'; % 将A先做转置 Qj{8?lew
!^#jwRpeN
>> B=[10 5 -1]; 1@48BN8cm'
z
/KK)u(q
>> X=B/A % 以右除运算求解的结果亦同 GYxM0~:$k
v4,h&JLt
X = % 注意X为列向量 5@IB39
H(c72]@Vg
10 5 -1 GE;e]Jkjn
?liK\C2Z<
>> X=B*inv(A); % 也可以反矩阵运算求解