如何使用MATLAB求解微分方程(组)
matlab function求解微分方程
Matlab Function求解微分方程引言微分方程是描述自然和社会现象中的变化规律的数学工具，它在许多领域中都具有重要的应用价值。
在数值计算中，利用计算机求解微分方程成为一种常用的方法。
Matlab是一款强大的科学计算软件，它提供了丰富的函数库和工具箱，可以方便地求解各种类型的微分方程。
本文将介绍如何使用Matlab Function来求解微分方程，并通过实例说明其具体应用。
Matlab Function概述Matlab Function是Matlab中用于定义函数的关键字。
函数是一段完成特定任务的代码，可以接受输入参数并返回输出结果。
在求解微分方程中，可以通过定义一个函数来描述微分方程的数学形式，并使用Matlab内置的数值求解器来求解该微分方程。
通过封装微分方程的求解过程为一个函数，可以提高代码的复用性和可读性。
求解一阶微分方程定义微分方程函数首先需要定义微分方程的函数形式。
以一阶常微分方程dy/dx=f(x, y)为例，其中f(x, y)为已知函数。
在Matlab中，可以通过以下方式定义函数：function dy = f(x, y)dy = % 根据微分方程形式计算dy/dx的表达式end在函数中，输入参数 x 和 y 表示自变量和因变量，输出参数 dy 表示微分方程的导数值。
实际使用时，需要根据具体问题自行定义 f(x, y) 的表达式。
求解微分方程定义好微分方程函数后，可以使用Matlab内置的数值求解器来求解微分方程。
以求解某一点上的导数为例，可以使用以下代码：y0 = % 指定求解点的因变量值dydx = f(x0, y0); % 调用微分方程函数求解导数值通过以上代码，可以获得求解点上的导数值。
需要注意的是，求解点的自变量值和因变量值需要根据具体问题进行设定。
求解二阶微分方程转化为一阶微分方程组对于二阶常微分方程d2y/dx2=f(x, y, dy/dx)，可以通过引入新的变量z=dy/dx，将其转化为一阶微分方程组。
使用Matlab进行微分方程求解的方法
使用Matlab进行微分方程求解的方法引言微分方程是数学中非常重要的一部分，广泛应用于物理、经济、工程等领域。
对于大部分微分方程的解析解往往难以求得，而数值解法则成为了一种常用的解决手段。
Matlab作为一种强大的科学计算软件，也提供了丰富的工具和函数用于求解微分方程，本文将介绍一些常见的使用Matlab进行微分方程求解的方法。
一、数值求解方法1. 欧拉方法欧拉方法是最简单的一种数值求解微分方程的方法，它将微分方程的微分项用差分的方式进行近似。
具体的公式为：y(n+1) = y(n) + hf(x(n), y(n))其中，y(n)表示近似解在第n个点的值，h为步长，f(x, y)为微分方程的右端项。
在Matlab中使用欧拉方法进行求解可以使用ode113函数，通过设定不同的步长，可以得到不同精度的数值解。
2. 中点法中点法是较为精确的一种数值求解微分方程的方法，它的计算公式为：k1 = hf(x(n), y(n))k2 = hf(x(n) + h/2, y(n) + k1/2)y(n+1) = y(n) + k2中点法通过计算两个斜率的平均值来得到下一个点的值，相较于欧拉方法，中点法能提供更精确的数值解。
3. 4阶龙格库塔法龙格库塔法是一类高阶数值求解微分方程的方法，其中4阶龙格库塔法是最常用的一种。
它的计算公式为：k1 = hf(x(n), y(n))k2 = hf(x(n) + h/2, y(n) + k1/2)k3 = hf(x(n) + h/2, y(n) + k2/2)k4 = hf(x(n) + h, y(n) + k3)y(n+1) = y(n) + (k1 + 2k2 + 2k3 + k4)/64阶龙格库塔法通过计算多个斜率的加权平均值来得到下一个点的值，相较于欧拉方法和中点法，它的精度更高。
二、Matlab函数和工具除了可以使用以上的数值方法进行微分方程求解之外，Matlab还提供了一些相关的函数和工具，方便用户进行微分方程的建模和求解。
如何使用MATLAB求解微分方程(组)ppt课件
差,输出参数,事件等，可缺省。 9
使用ODE?时如何编 写微分方程 ？
方式一：带额外参数，使用时需对参数进行赋值
function odefun(t,x,flag,R,L,C) %用flag说明R、L、C为变 量
xdot=zeros(2,1);
%表明其为列向量
xdot(1)=-R/L*x(1)-1/L*x(2)+1/L*f(t);
2
Where ?
工程控制
ODE
医学生理
航空航天
金融分析
3
Where ?
算法开发 数据分析
数值计算 MAT LAB
数据可视化
4
When ?
当对问题进行建模后，有常微分方程 需要求解时。
在生物建模中，经常需要求解常微分 方程。如药物动力学的房室模型的建模 仿真。
5
方法 ode23
ode45
数 ode113
当无法藉由微积分技巧求 得解析解时，这时便只能利 用数值分析的方式来求得其 数值解了。实际情况下，常 微分方程往往只能求解出其
数值解。
在数学中，刚性方程是指一 个微分方程，其数值分析的解 只有在时间间隔很小时才会稳 定，只要时间间隔略大，其解 就会不稳定。
目前很难去精确地去定义哪 些微分方程是刚性方程，但是 大体的想法是：这个方程的解
y(1)=x(2);
y1
y2
y(2)= -t*x(1)+exp(t)*x(2)+3*sin(2*t);
end
1000
求解程序ห้องสมุดไป่ตู้键步骤
[t,y]=ode45('odefun',[3.9 4.0],[2 8])
y
MATLAB求解微分方程(实验6)微分方程求解-文档资料
Experiments in Mathematics 微分方程求解
1
实验目的 实验内容
1、学会用Matlab求简单微分方程的解析解. 2、学会用Matlab求微分方程的数值解.
1、求简单微分方程的解析解. 2、求微分方程的数值解.
实验软件 MATLAB
2
微分方程的解析解
求微分方程（组）的解析解命令: dsolve(‘方程1’, ‘方程2’,…‘方程n’, ‘初始条件’, ‘自变量’)
(ltest.m)
23
1、 lorenz.m function xdot=lorenz(t,x) xdot=[-8/3,0,x(2);0,-10,10;-x(2),28,-1]*x; 2、ltest.m x0=[0 0 0.1]'; [t,x]=ode45('lorenz',[0,10],x0); plot(t,x(:,1),'-',t,x(:,2),'*',t,x(:,3),'+') pause plot3(x(:,1),x(:,2),x(:,3)),grid on
选择一组状态变量
x1 y, x2 y, , xn y(n1)
x1 x2 , x2 x3,
xn f (t, x1, x2 , , xn )
15
注意
x1 x2 , x2 x3,
xn f (t, x1, x2 , , xn )
1、建立M文件函数
function xdot = fun(t,x,y) xdot = [x2(t)；x3(t)；…；f(t, x1(t), x2(t),…xn(t))]；
x=simple(x) % 将x简化 y=simple(y) z=simple(z)
用MATLAB求解微分方程
1. 微分方程的解析解
求微分方程（组）的解析解命令:
dsolve(‘方程1’, ‘方程2’,…‘方程n’, ‘初始条件’, ‘自变量’)
结 果：u = tan(t-c)
解 输入命令：dsolve('Du=1+u^2','t')
STEP2
STEP1
解 输入命令: y=dsolve('D2y+4*Dy+29*y=0','y(0)=0,Dy(0)=15','x')
导弹追踪问题
设位于坐标原点的甲舰向位于x轴上点A(1, 0)处的乙舰发射导弹，导弹头始终对准乙舰.如果乙舰以最大的速度v0(是常数)沿平行于y轴的直线行驶，导弹的速度是5v0，求导弹运行的曲线方程.又乙舰行驶多远时，导弹将它击中？ 解法一（解析法）
由(1),(2)消去t整理得模型:
解法二(数值解)
结 果 为：x = (c1-c2+c3+c2e -3t-c3e-3t)e2t y = -c1e-4t+c2e-4t+c2e-3t-c3e-3t+c1-c2+c3)e2t z = (-c1e-4t+c2e-4t+c1-c2+c3)e2t
2、取t0=0，tf=12，输入命令： [T,Y]=ode45('rigid',[0 12],[0 1 1]); plot(T,Y(:,1),'-',T,Y(:,2),'*',T,Y(:,3),'+')
3、结果如图
图中，y1的图形为实线，y2的图形为“*”线，y3的图形为“+”线.
如何使用MATLAB求解微分方程学习资料
如何使用MATLAB求解微分方程学习资料MATLAB是一种强大的数值计算和科学编程平台，可以用于求解微分方程和微分方程组。
在使用MATLAB求解微分方程之前，需要掌握一些基础知识，包括MATLAB的基本语法和常用的求解微分方程的技术。
下面是一些学习资料和步骤，帮助您使用MATLAB求解微分方程。
1.学习MATLAB基本语法和操作：首先，您需要学习MATLAB的基本语法和常用操作。
您可以参考MATLAB的官方文档、教程和手册，以及MATLAB的在线资源和视频教程。
这些资源可以帮助您掌握MATLAB的基本操作，建立良好的编程习惯。
2.学习求解微分方程的方法：在使用MATLAB求解微分方程之前，您需要了解一些常用的求解微分方程的方法，例如数值方法和解析方法。
数值方法包括欧拉法、龙格-库塔法、四阶龙格-库塔法等；解析方法包括分离变量法、线性微分方程的常系数齐次法和非齐次法等。
您可以参考微积分的教科书、在线资源和视频教程，掌握这些方法。
3. 使用MATLAB求解一阶微分方程：一阶微分方程是最简单的微分方程形式。
您可以首先尝试使用MATLAB求解一阶微分方程。
MATLAB提供了几个函数来求解一阶微分方程，例如ode45、ode23、ode113等。
您可以使用这些函数来解决特定的一阶微分方程，并观察结果。
可以使用plot 函数绘制微分方程的解，以获得更直观的理解。
4.使用MATLAB求解高阶微分方程：一旦您熟悉了使用MATLAB求解一阶微分方程的方法，您可以尝试使用同样的方法来求解高阶微分方程。
在求解高阶微分方程时，您需要将其转化为一组一阶微分方程。
例如，对于二阶线性微分方程，您可以引入一个新的变量来表示未知函数的导数，然后将其转化为一组一阶微分方程。
然后，您可以使用相同的求解函数来求解这组一阶微分方程。
5. 使用MATLAB求解微分方程组：对于多元微分方程组，MATLAB提供了更多的函数来求解。
例如，ode45s可以用于求解刚体动力学方程，ode23t可以用于求解刚体动力学方程。
matlab 求微分方程组数值解
matlab 求微分方程组数值解使用Matlab求解微分方程组是一种常见的数值方法。
微分方程组是描述自然界中许多现象的数学模型，它们可以用一组关于未知函数及其导数的方程来表示。
通过求解微分方程组，我们可以得到未知函数在给定条件下的数值解。
在Matlab中，求解微分方程组可以使用ode45函数。
该函数是一个常用的求解常微分方程初值问题的函数，它使用四阶龙格-库塔法（RK4）进行数值求解。
使用ode45函数求解微分方程组的步骤如下：定义微分方程组。
在Matlab中，可以使用匿名函数或函数句柄的方式定义微分方程组。
例如，对于一个二阶微分方程组：dy1/dt = f1(t, y1, y2)dy2/dt = f2(t, y1, y2)可以定义一个匿名函数：f = @(t, y) [f1(t, y(1), y(2)); f2(t, y(1), y(2))]其中，t是自变量，y是未知函数的向量。
接下来，指定求解的时间区间和初值条件。
时间区间可以通过指定起始时间和结束时间来确定。
初值条件是指在起始时间处未知函数的值。
初值条件可以通过一个向量来表示。
例如，对于一个二阶微分方程组，初值条件可以表示为一个长度为2的向量。
然后，调用ode45函数进行求解。
ode45函数的输入参数包括定义的微分方程组、时间区间和初值条件。
该函数会返回数值解和对应的时间点。
可以通过绘制图形或打印数值解来展示结果。
Matlab提供了丰富的绘图函数，可以方便地将数值解可视化。
需要注意的是，求解微分方程组时，应选择合适的数值方法和步长，以保证数值解的精度和稳定性。
对于复杂的微分方程组，可能需要进行参数调整和迭代求解，以得到满意的结果。
使用Matlab求解微分方程组是一种便捷而有效的数值方法。
通过定义微分方程组、指定时间区间和初值条件，调用ode45函数进行求解，可以得到微分方程组的数值解。
这种方法在科学研究和工程实践中具有广泛的应用，可以帮助我们更好地理解和分析自然界中的现象。
matlab用四阶龙格库塔函数求解微分方程组
一、介绍Matlab作为一种强大的科学计算软件，提供了众多函数和工具来解决微分方程组。
其中，四阶龙格库塔函数是一种常用的数值方法，用于求解常微分方程组。
本文将介绍如何使用Matlab中的四阶龙格库塔函数来求解微分方程组，并对该方法的原理和实现进行详细说明。
二、四阶龙格库塔方法四阶龙格库塔方法是一种常用的数值方法，用于求解常微分方程组。
它是一种显式的Runge-Kutta方法，通过逐步逼近微分方程的解，在每一步使用多个中间值来计算下一步的解。
该方法通过四个中间值来计算下一步的状态，并且具有较高的精度和稳定性。
三、在Matlab中使用四阶龙格库塔方法求解微分方程组在Matlab中，可以使用ode45函数来调用四阶龙格库塔方法来解决微分方程组的问题。
ode45函数是Matlab提供的用于求解常微分方程组的函数，可以通过指定微分方程组以及初值条件来调用四阶龙格库塔方法来进行求解。
1. 定义微分方程组我们需要定义要求解的微分方程组。
可以使用Matlab中的匿名函数来定义微分方程组，例如：```matlabf = (t, y) [y(2); -sin(y(1))];```其中，f是一个匿名函数，用于表示微分方程组。
在这个例子中，微分方程组是y' = y2, y2' = -sin(y1)。
2. 指定初值条件和求解区间接下来，我们需要指定微分方程组的初值条件和求解区间。
初值条件可以通过指定一个初始时刻的状态向量来完成，例如：```matlabtspan = [0, 10];y0 = [0, 1];```其中，tspan表示求解区间，y0表示初值条件。
3. 调用ode45函数进行求解我们可以通过调用ode45函数来求解微分方程组的数值解。
具体的调用方式如下：```matlab[t, y] = ode45(f, tspan, y0);```其中，t和y分别表示求解的时间点和对应的状态值。
四、示例下面我们通过一个具体的例子来演示如何使用Matlab中的四阶龙格库塔方法来求解微分方程组。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
包含有快速变化的部分。
如何调用？
y=dsolve('e1,e2,...','c1,c2,...','v')
其中'e1,e2,...'为微分方程或微分方程组； 'c1,c2,...',是初始条件或边界条件； 'v'是独立变量，默认的独立变量是't'； y 返回解析解。如果没有初始条件，则求出通解，如
ode23t、ode23tb 函数；
odefun 是函数句柄；
tspan 微分定义区间；
y0
为初值行矩阵；
T
值是t序列（为列向量）；
Y
值是微分方程的解Y在各点t的值（为列向量）；
TE
表示事件发生时间，可缺省；
YE
表示事件解决时间，可缺省；
IE
表示事件消失时间，可缺省；
options 是求解参数设置,可以用odeset在计算前设定误
Topic: 如何使用MATLAB求 解常微分方程（组）
TMU_BME_2013
a.What ?
微分方程指描述未知函数的导数与自变 量之间的关系的方程。未知函数是一元函 数的微分方程称作常微分方程。未知函数 是多元函数的微分方程称作偏微分方程。
MATLAB（matrix&laboratory）意为矩 阵工厂（矩阵实验室）.MATLAB是美国 MathWorks公司出品的商业数学软件，提 供高级技术计算语言和交互式环境，主要 包括MATLAB和Simulink两大部分。
果有初始条件，则求出特解。 用字符串表示常微分方程，自变量缺省时为t,导数用
D表示微分。y的2阶导数用D2y表示，依此类推。
如olver('odefun',tspan,y0,options)
其中solver为ode23、ode45、ode113、ode15s、ode23s、
Where ?
工程控制 航空航天
ODE
医学生理 金融分析
Where ?
算法开发 数据分析
数值计算 MAT LAB
数据可视化
When ?
当对问题进行建模后，有常微分方程 需要求解时。
在生物建模中，经常需要求解常微分 方程。如药物动力学的房室模型的建模 仿真。
How ?
数 值 解
数值解？刚性方程？
y(1)=x(2);
y1
y2
y(2)= -t*x(1)+exp(t)*x(2)+3*sin(2*t);
end
1000
求解程序关键步骤
[t,y]=ode45('odefun',[3.9 4.0],[2 8])
y
500
0
3.9
3.92
3.94
3.96
3.98
4
4.02
t
Examples
E.g.3 求解人体中不同形式的碘浓度的三房室模型。已知碘在三房室之间的 转换速率为：k21=0.84/d，k01=1.68/d，k32=0.01/d，k13=0.08/d， k03=0.02/d，f10=150g/d，f30=0g/d。初始条件为：x1(0)=81.2g， x2(0)=6821g，x3(0)=682g，v1=4L, v2=2L, v3=5L。仿真时间为30d。
差,输出参数,事件等，可缺省。
使用ODE?时如何编 写微分方程 ？
方式一：带额外参数，使用时需对参数进行赋值
function odefun(t,x,flag,R,L,C) %用flag说明R、L、C为变
量
xdot=zeros(2,1);
%表明其为列向量
xdot(1)=-R/L*x(1)-1/L*x(2)+1/L*f(t);
输入命令： [x,y,z]=dsolve(‘Dx=2*x-3*y+3*z’,’Dy=4*x-5*y+3*z’,
‘Dz=4*x4*y+2*z’,’t’) x=simple(x); y=simple(y); z=simple(z); %化简结果
运行结果为： x=(c1-c2+c3+c2e -3t-c3e-3t)e2t y= - c1e-4t+c2e-4t+c2e-3t-c3e-3t+c1-c2+c3)e2t z=(-c1 e-4t+c2e-4t+c1-c2+c3)e2t
E.g.3结果
C1(t)/(ug/L)
20.3 20.295
20.29 20.285
0
3410.6
体 内 无 机 碘 浓 度 C1(t)
5
10
15
20
25
30
t/d
甲 状 腺 中 有 机 碘 浓 度 C2(t)
C2(t)/(ug/L)
Examples
E.g.2 求解y''== - t*y + e^t*y' +3sin(2t)。 已知3.9<t<4.0，y'(0)=2，y''(0)=8
函数文件odefun.m的建立
程序执行结果
function y=odefun(t,x) y=zeros(2,1); %列向量
y' '=-t*y + et*y' +3sin2t 1500
数值解是采用如有限元方 法、 数值逼近方法、插值方 法等计算方法得到的解。只 能利用数值计算的结果， 而 不能随意给出自变量并求出 计算值。
当无法藉由微积分技巧求 得解析解时，这时便只能利 用数值分析的方式来求得其 数值解了。实际情况下，常 微分方程往往只能求解出其
数值解。
在数学中，刚性方程是指一 个微分方程，其数值分析的解 只有在时间间隔很小时才会稳 定，只要时间间隔略大，其解 就会不稳定。
通过列写方程组，建立odefun.m文 件即方程组文件 function dC=odefun(t,C)
dC=[0.1*C(3)+37.5-2.52*C(1); 1.68*C(1)-0.01*C(2); 0.004*C(2)-0.1*C(3)];
end 程序关键部分列写如下： [t,C]=ode15s('fun1',[0,30],[20.3,341 0.5,136.4])
xdot(2)=1/C*x(1);
e方n式d 二：无额外参数
function dC=odefun(t,C)
dC=[ 0.1*C(3)+37.5-2.52*C(1); %直接书写列矩阵
1.68*C(1)-0.01*C(2);
0.004*C(2)-0.1*C(3)];
end
Examples
E.g.1 求下列微分方程组的通解 x'=2x-3y+3z y'=4x-5y+3z z'=4x-4y+2z