2.1微分 -C<Ni
T&PLvyBL
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: }MV=I$S2U
=FtJa3mHK
diff(f) 传回f对预设独立变数的一次微分值 "ZLujpZcG
d T*8I0\+
diff(f,'t') 传回f对独立变数t的一次微分值 OGqsQ
~^R?H S
diff(f,n) 传回f对预设独立变数的n次微分值 ,,KGcDBj
0[T>UEI?
diff(f,'t',n) 传回f对独立变数t的n次微分值 .a *^6TC.
lTn~VsoRZ
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。 T^~9'KDd
^HasT4M+x
先定义下列三个方程式,接著再演算其微分项: Zc9j_.?*
}./_fFN@
>>S1 = '6*x^3-4*x^2+b*x-5'; )mb RG9P
|ZnRr
>>S2 = 'sin(a)'; ;c;n.o.)/#
)Mj
$/
>>S3 = '(1 - t^3)/(1 + t^4)'; 78i"3Tm)w
_cW6H B^j
>>diff(S1) Cq-#|+zr
O#5ll2?
ans=18*x^2-8*x+b }.R].4gT
~1yMw.04V
>>diff(S1,2) U
DC>iHt
XgmblNp1
ans= 36*x-8 2og8VI
/NDuAjp[@
>>diff(S1,'b') \"u3x.!
"=BO,see9
ans= x 4fCg{
ef;Ta|#
>>diff(S2) XN=Cq*3}
Jqt&TqX@s
ans=
j{;RuNt
+.b@rU6H
cos(a) ]$vJK
9C{\=?e;
>>diff(S3) j_r7oARL
OJ'x>kE
ans=-3*t^2/(1+t^4)-4*(1-t^3)/(1+t^4)^2*t^3 l^IPN'O@
Sp]i~#q_'
>>simplify(diff(S3)) .u_k?.8|
0kD8w j%
ans= t^2*(-3+t^4-4*t)/(1+t^4)^2 +H K)A%QI
WSY&\8
2.2积分 '%m0@5|hCD
L8~nx}UP5
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 .2b) rKo~
,ZYj8^gF
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: {xC CUU
elgCPX&:W
int(f) 传回f对预设独立变数的积分值 A!kNqJ2
ikGH:{
int(f,'t') 传回f对独立变数t的积分值 3PonF4
wnE
c
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 P'Fy,fNg
e<>Lr
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 aqb;H 'F
t|X |67W
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 !_`T8pJ`
,qRSB>5c
我们示范几个例子: O8+[)+6^
bw7!MAXd
>>S1 = '6*x^3-4*x^2+b*x-5'; bmAgB}Ior
[hg|bpEG
>>S2 = 'sin(a)'; 2.2Z'$W
ndm19M8Y|
>>S3 = 'sqrt(x)'; fJCh
JXlFo3<
>>int(S1) R0<ka[+
*x|
<\_+
ans= 3/2*x^4-4/3*x^3+1/2*b*x^2-5*x WRAW%?$
QD:0iD?
>>int(S2) 8-5a*vV,>
TKc&yAK
ans= -cos(a) f*~ 4Kv
k~Pm.@,3o
>>int(S3) cLlfncI
33kI#45s
ans= 2/3*x^(3/2) e![Q1!r
71tMX[x
>>int(S3,'a','b') ![5<\
wN)R !6
ans= 2/3*b^(3/2)- 2/3*a^(3/2) D,eJR(5I
'w%N(N tq
>>int(S3,0.5,0.6) ,l<-*yMD
&Jj> jCg
ans= 2/25*15^(1/2)-1/6*2^(1/2) U!a"r8u|8q
G
7)D+],{Y
>>numeric(int(S3,0.5,0.6)) % 使用numeric函数可以计算积分的数值 ~,e!t.339
>B~jPU
ans= 0.0741 0iXqAa
MatC2-aV1
2.3求解常微分方程式 Y%:p(f<
tL+8nTL
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'' , l7{hq}@;cC
?<frU ,{
condition则为初始条件。 /^[)JbgB
;(0:6P8I
假设有以下三个一阶常微分方程式和其初始条件 *A\NjXJl~
\Di~DN1
y'=3x2, y(2)=0.5 ^y6Pkb
P
Ql*/{#$
y'=2.x.cos(y)2, y(0)=0.25 ($(1KE
Mty]LMK
y'=3y+exp(2x), y(0)=3 %yw*!A1
nv $
对应上述常微分方程式的符号运算式为: x}x@_w
c0G/irK
>>soln_1 = dsolve('Dy = 3*x^2','y(2)=0.5') a3c4#'c|D
1yB;"q&Xd
ans= x^3-7.500000000000000 "(efd~.]
NuO>zAu
>>ezplot(soln_1,[2,4]) % 看看这个函数的长相 MZjiJZaO:L
,IJ Nuu\
6vaxp|D
c?R.SBr,'
>>soln_2 = dsolve('Dy = 2*x*cos(y)^2','y(0) = pi/4') f[}SS]d:E
pV("NJj!
ans= atan(x^2+1) DpS6>$v8t
\[oHt:$do
>>soln_3 = dsolve('Dy = 3*y + exp(2*x)',' y(0) = 3') l.)N
dY-a,ch"8p
ans= -exp(2*x)+4*exp(3*x) zRJy3/>
hE6tu'
|(P;2q4>
Ro1' L1:
2.4非线性方程式的实根 I(<G;ft<}
8&UuwZ6i-
要求任一方程式的根有三步骤: ,xh9,EpBk
/3TorB~Y
先定义方程式。要注意必须将方程式安排成 f(x)=0 的形态,例如一方程式为sin(x)=3, m~U{ V9;*
f<;9q?0V F
则该方程式应表示为 f(x)=sin(x)-3。可以 m-file 定义方程式。 D1Sl+NOV
^n2w6U0
代入适当范围的 x, y(x) 值,将该函数的分布图画出,藉以了解该方程式的「长相」。 ppnj.tLz;r
%@&)t?/=
由图中决定y(x)在何处附近(x0)与 x 轴相交,以fzero的语法fzero('function',x0) 即可求出在 x0附近的根,其中 function 是先前已定义的函数名称。如果从函数分布图看出根不只一个,则须再代入另一个在根附近的 x0,再求出下一个根。 O(~Vvoq
}[DAk~
以下分别介绍几数个方程式,来说明如何求解它们的根。 ;&!dD6N
=5|5j!i=q
例一、方程式为 y*(YZ zF
\fKE~61
sin(x)=0 5,c`
xqtjtH9X
我们知道上式的根有 ,求根方式如下: .)3 2WD%
QLUe{@ivc
>> r=fzero('sin',3) % 因为sin(x)是内建函数,其名称为sin,因此无须定义它,选择 x=3 附近求根 /r%+hS
\O:xw-eG
r=3.1416 +-nQ,
fOV
>eTlew<5
>> r=fzero('sin',6) % 选择 x=6 附近求根 *@&
"MZ/M
1%@~J\qF
r = 6.2832 )mPlB.
bvx:R ~E$
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: `@eH4}L*
l =yHx\
>> x=linspace(-2,3); qC4-J)8Wk
X2uX+}h*tA
>> y=humps(x); 4r. W:}4:
$;CC
lzw
>> plot(x,y), grid % 由图中可看出在0和1附近有二个根 #~x5}8
eI}VH BAz
cMl%)j-
4PWr;&
mb/[2y <
! -c*lb
Y2X1!Em>B
Du>HF;Fv
(OqJet2{+
>.iw8#l
Z ~(XyaN
x3s^u~C)(w
L)}V[j#
hQm4R]a
V8yX7yx
>> r=fzero('humps',1.2) B0i}Y-Z
>y9o&D