(完整版)MATLAB数值积分解读
使用Matlab进行数值积分的方法与注意事项
使用Matlab进行数值积分的方法与注意事项1. 引言数值积分是数学中的一个重要概念，它能够将曲线下的面积或者函数的总值进行估计和计算。
在实际应用中，由于很多函数无法直接进行解析求积，因此数值积分成为了一种常用的计算方法。
Matlab作为一款强大的数值计算软件，提供了很多用于数值积分的函数和方法。
2. 数值积分的基本原理数值积分的基本思想是将被积函数分割成一系列小区间，然后对每个小区间进行近似计算得到面积的总和。
这个过程可以看作是对大曲线的逼近，通过增加小区间的数目，可以得到更加精确的结果。
常见的数值积分方法有矩形法、梯形法、辛普森法等。
3. Matlab中的数值积分函数在Matlab中，有两个常用的数值积分函数分别是`quad`和`quadl`。
`quad`函数适用于一般的一元数值积分计算，而`quadl`函数则适用于具有奇点的积分计算。
这两个函数使用起来相对简单，只需要输入被积函数和积分区间即可。
例如，计算函数f(x)=x^2在区间[0, 1]上的积分可以使用以下代码：```f = @(x) x^2;integral = quad(f, 0, 1);disp(integral);```这段代码会输出函数f在区间[0, 1]上的积分值。
4. 数值积分的精度与误差控制在使用数值积分方法进行计算时，我们关心的一个重要问题是精度和误差控制。
数值积分的精度可以通过调整分割的区间数目来控制，一般来说，增加小区间的数目可以得到更加精确的结果。
此外，也可以通过提高数值积分方法的阶来提高精度。
Matlab中的`quad`和`quadl`函数具有较高的精度，并且可以通过设置选项来控制误差的允许范围。
5. 数值积分的注意事项在使用Matlab进行数值积分时，需要注意一些问题。
首先是积分区间的选择，需要确保被积函数在整个区间上是光滑的，没有奇点和间断。
如果存在奇点或者间断，需要通过分段积分或者奇点积分方法来处理。
其次是数值积分方法的选择，不同的函数可能适用于不同的数值积分方法，需要结合实际情况来选择最合适的方法。
【数学建模学习】Matlab的数值积分
Matlab 的数值积分问题（１）求和命令sum 调用格式.如果x 是向量,则sum(x) 给出x 的各个元素的累加和;如果x 是矩阵,则sum(x)是一个元素为x 的每列列和的行向量.例3.1 调用命令sum 求向量x 的各个元素的累加和。
解:输入x=[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10];sum(x)得到ans=55例3.2 调用命令sum 求矩阵x 的各列元素的累加和。
解:输入x=[1,2,3;4,5,6;7,8,9]x=1 2 34 5 67 8 9sum(x)得到ans=12 15 182．定积分的概念.定积分是一个积分和的极限.例如取x e x f =)(,求定积分⎰10dx e x的近似值。
积分区间为[0,1],等距划分为20个子区间,x=linspace(0,1,21);选取每个子区间的端点,并计算端点处的函数值.y=exp(x);取区间的左端点处的函数值乘以区间长度全部加起来.y1=y(1:20);s1=sum(y1)/20s1=1.6757s1可作为定积分⎰10dx e x 的近似值。
若选取右端点:y2=y(2:21);s2=sum(y2)/20s2=1.7616s2也可以作为定积分⎰10dx e x 的近似值。
下面我们画出图象.plot(x,y);hold onfor i=1:20fill([x(i),x(i+1),x(i+1),x(i),x(i)],[0,0,y(i),y(i),0],'b')end如果选取右端点,则可画出图象.for i=1:20fill([x(i),x(i+1),x(i+1),x(i),x(i)],[0,0,y(i+1),y(i+1),0],'b')hold onendplot(x,y,'r')在上边的语句中,for … end 是循环语句,执行语句体内的命令20次,fill 命令可以填充多边形,在本例中,用的是兰色(blue)填充.可试取50个子区间看一看结果怎样.下面按等分区间计算。
matlab 数值积分
matlab 数值积分
matlab 数值积分是利用数值方法来计算求解数学积分的一种方法。
matlab有三种通用的数值积分方法，分别为：梯形法、Simpson's 法和
三点Newton-Cotes法。
梯形法：梯形法是一种简单、快速的数值积分算法，在数值积分上不
需要计算积分函数的导数，即可应用梯形法来进行积分。
梯形法的基本思
想是将曲线上的积分任务转化为一系列的梯形的积分，从而计算出积分的
数值结果。
Simpson's 法：Simpson's 法是一种积分方法，基于把被积函数用
多项式拟合，然后根据拟合出来的多项式进行积分，以计算出积分的数值
结果。
Simpson's 法相比梯形法精度更高，因为它不仅考虑了曲线开始和
结束处的截面，而且还考虑了曲线中间部分的截面。
三点Newton-Cotes法：三点Newton-Cotes法属于更精确的数值积分
的方法，该算法基于将被积函数用三次样条拟合，然后根据拟合出来的三
次样条进行积分，以计算出积分的数值结果。
因为它考虑了曲线的截面的
情况，所以比梯形法和Simpson's 法的精度都要高。
通过matlab可以非常方便地对函数进行数值积分，其中包括梯形法、Simpson's 法和三点Newton-Cotes法三种常用的方法，这些算法都可以
运用在积分运算中，用于将曲线上的积分任务转化为一系列的梯形、多项
式或样条的积分，以计。
Matlab中常用的积分和微分算法解析
Matlab中常用的积分和微分算法解析积分和微分是数学中重要的概念和工具，广泛应用于科学、工程和计算领域。
在Matlab中，提供了丰富的积分和微分算法，可以方便地进行数值计算和符号计算。
在本文中，我们将解析Matlab中常用的积分和微分算法，并探讨其应用。
一、数值积分算法数值积分是通过将求和转化为积分的方式，对函数在一定区间内的近似计算。
在Matlab中，有许多数值积分算法可供选择，包括梯形法则、辛普森法则和高斯求积法等。
1. 梯形法则梯形法则是一种基本的数值积分算法。
它将区间分成多个小梯形，并将每个小梯形的面积近似表示为梯形的面积，然后将这些面积相加得到最终的近似积分值。
在Matlab中，可以使用trapz函数来实现梯形法则的计算。
例如，对函数f(x)在区间[a, b]上进行积分，可以使用如下代码：```matlaba = 0;b = 1;x = linspace(a, b, 100);y = f(x);integral_value = trapz(x, y);```其中，linspace函数用于生成均匀分布的点，f(x)是待积分的函数。
trapz函数可以自动计算积分值。
2. 辛普森法则辛普森法则是一种更精确的数值积分算法。
它将区间分成多个小三角形，并将每个小三角形的面积近似表示为一个带有二次多项式的面积，然后将这些面积相加得到最终的近似积分值。
在Matlab中，可以使用quad函数来实现辛普森法则的计算。
例如，对函数f(x)在区间[a, b]上进行积分，可以使用如下代码：```matlaba = 0;b = 1;integral_value = quad(@f, a, b);```其中，@f表示函数句柄，quad函数可以自动计算积分值。
3. 高斯求积法高斯求积法是一种更高精度的数值积分算法。
它利用多个节点和权重，通过插值的方式来近似积分值。
在Matlab中，可以使用gaussquad函数来实现高斯求积法的计算。
matlab数值积分
Matlab数值积分引言数值积分是一种计算近似定积分的方法，通过将积分区间划分成若干小区间并计算每个小区间上的函数面积之和来逼近定积分的值。
Matlab提供了多种数值积分的方法，使得用户能够方便地进行数值积分计算。
本文将介绍Matlab中常用的数值积分函数和方法，并通过示例演示其具体用法。
数值积分函数在Matlab中，常用的数值积分函数有： - quad：用于一维定积分的自适应数值积分函数。
- dblquad：用于二维定积分的自适应数值积分函数。
- triplequad：用于三维定积分的自适应数值积分函数。
- quad2d：用于二维定积分的数值积分函数（不支持自适应）。
- integral：用于一维定积分的自适应数值积分函数（推荐使用quad替代）。
接下来将分别介绍这些函数的用法。
一维定积分quad函数quad函数是Matlab中用于一维定积分的自适应数值积分函数。
其语法如下：[q,err] = quad(fun,a,b)[q,err] = quad(fun,a,b,tol)[q,err] = quad(fun,a,b,tol,[],p1,p2,...)•fun是用于计算被积函数的句柄或函数名称。
•a和b是积分区间的上下限。
•tol是计算精度（可选参数，默认值为1e-6）。
•p1,p2,...是传递给函数fun的额外参数（可选参数）。
quad函数将返回两个值： - q是定积分的近似值。
- err 是估计的误差。
下面是一个使用quad函数计算一维定积分的示例：fun = @(x) exp(-x.^2); % 定义被积函数a = 0; % 积分下限b = 1; % 积分上限[q,err] = quad(fun,a,b); % 计算积分disp(['定积分的近似值：', num2str(q)]);disp(['估计的误差：', num2str(err)]);integral函数integral函数是Matlab中用于一维定积分的自适应数值积分函数，与quad函数功能类似。
(整理)Matlab积分.
一.数值积分的实现方法1．变步长辛普生法基于变步长辛普生法，MA TLAB给出了quad函数来求定积分。
该函数的调用格式为：[I,n]=quad('fname',a,b,tol,trace)其中fname是被积函数名。
a和b分别是定积分的下限和上限。
tol用来控制积分精度，缺省时取tol=0.001。
trace控制是否展现积分过程，若取非0则展现积分过程，取0则不展现，缺省时取trace=0。
返回参数I即定积分值，n为被积函数的调用次数。
例8-1 求定积分。
(1) 建立被积函数文件fesin.m。
function f=fesin(x)f=exp(-0.5*x).*sin(x+pi/6);(2) 调用数值积分函数quad求定积分。
[S,n]=quad('fesin',0,3*pi)S = 0.9008n = 772．牛顿－柯特斯法基于牛顿－柯特斯法，MA TLAB给出了quad8函数来求定积分。
该函数的调用格式为：[I,n]=quad8('fname',a,b,tol,trace)其中参数的含义和quad函数相似，只是tol的缺省值取10-6。
•该函数可以更精确地求出定积分的值，且一般情况下函数调用的步数明显小于quad函数，从而保证能以更高的效率求出所需的定积分值。
(1) 被积函数文件fx.m。
function f=fx(x)f=x.*sin(x)./(1+cos(x).*cos(x));(2) 调用函数quad8求定积分。
I=quad8('fx',0,pi)I = 2.4674分别用quad函数和quad8函数求定积分的近似值，并在相同的积分精度下，比较函数的调用次数。
调用函数quad求定积分：format long;fx=inline('exp(-x)');[I,n]=quad(fx,1,2.5,1e-10)I = 0.28579444254766n = 65调用函数quad8求定积分：format long;fx=inline('exp(-x)');[I,n]=quad8(fx,1,2.5,1e-10)I = 0.28579444254754n = 333．被积函数由一个表格定义在MATLAB中，对由表格形式定义的函数关系的求定积分问题用trapz(X,Y)函数。
(完整版)数值积分及matlab实现
建立数值积分公式的途径比较多, 其中最常用的
有两种：
（1）由积分中值定理可知，对于连续函数f(x)，在
积分区间[a,b]内存在一点ξ，使得
分,因此将 选(x取) 为插值多项式, 这样f(x)的积分就
可以用其插值多项式的积分来近似代替
2.2 插值求积公式
设已知f(x)在节点 xk (k 0,1, , n) 有函数值 f (xk ) ,作n次拉格朗日插值多项式
式中
n
P(x) f (xk )lk (x)
k 0
lk (x)
n j0
b
n
f (x)dx
a
Ak f (xk )
k 0
为插值型求积公式的充要条件是公式
(
x)dx
时，则称求积公式为插值
设插值求积公式的余项为 R( f ) ,由插值余项定理得
R( f ) b f (x) P(x)dx b f (n1) ( ) (x)dx
a
a (n 1)!
其中 a, b
当f(x)是次数不高于n的多项式时，有 f (n1) (x) 0 R( f ) =0,求积公式(4)能成为准确的等式。由于闭区 间[a,b]上的连续函数可用多项式逼近，所以一个 求积公式能对多大次数的多项式f(x)成为准确等式， 是衡量该公式的精确程度的重要指标，为此给出以 下定义。
数值积分与微分
2009.4.22
数值积分和数值微分
1 引言 我们知道,若函数f(x)在区间[a,b]上连续且其原
函数为F(x),则可用Newton-Leibnitz公式
matlab 数组积分
matlab 数组积分在MATLAB中，数值积分是常见的数值计算任务之一。
数值积分是对函数在给定区间上的积分值进行数值计算的过程。
在MATLAB中，有几种不同的方法可以用来进行数值积分。
一、MATLAB中的积分函数MATLAB提供了一些内置的函数，可以用来进行数值积分计算。
其中最常用的函数是`integral`函数。
`integral`函数可以用于一维和多维积分，可以使用固定步长或自适应步长算法。
下面是一个使用`integral`函数计算一维积分的示例：```matlabf = @(x) exp(-x^2); %定义需要积分的函数a = -1; %积分下限b = 1; %积分上限result = integral(f, a, b); %计算积分disp(result); %输出结果```在这个示例中，我们首先定义了需要积分的函数`f`，然后定义了积分的下限`a`和上限`b`。
然后我们使用`integral`函数来计算积分的值，并将结果存储在`result`变量中。
最后，我们使用`disp`函数来输出积分的结果。
除了`integral`函数，MATLAB还提供了其他一些积分函数，如`quad`、`quadl`、`quadgk`等。
这些函数提供了不同的积分算法和参数设置，可以根据具体的需求选择合适的函数进行数值积分计算。
二、积分方法在进行数值积分时，常用的方法包括：1.矩形法：将积分区间划分为若干个子区间，然后在每个子区间上选取某个点的函数值作为近似值。
这种方法简单易懂，但精度较低。
2.梯形法：将积分区间划分为若干个子区间，然后在每个子区间上通过线性插值得到函数的近似值，再对近似值进行积分。
这种方法比矩形法精度更高，但仍然有误差。
3.辛普森法：将积分区间划分为若干个子区间，然后在每个子区间上使用二次插值得到函数的近似值，再对近似值进行积分。
这种方法的精度比梯形法更高，但计算量也更大。
三、示例下面我们通过一个具体的示例来演示如何在MATLAB中进行数值积分计算。
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定积分：函数f (x)在区间[a, b]上的定积分定义为
其中
b
n
I
a
f (x)dx lim max(xi )0 i1
f (i )xi
a x0 x1 L xn b, xi xi xi1,
i (xi1 , xi ), i 1, 2,L , n
6.1 数值积分基本原理
例2 求定积分:
x sin x
dx
0 (1 cos x cos x)
(1) 被积函数文件fx.m。
function f=fx(x) f=x.*sin(x)./(1+cos(x).*cos(x));
(2) 调用函数quad8求定积分。
I=quad8('fx',0,pi)
例3
分别用quad函数和quad8函数求定积分
分别为x的上、下限，c,d分别为y上、下限。
例5 计算二重定积分
x2
2 1 e 2 sin( x2 y)dydx 2 1
(1) 建立一个函数文件fxy.m：
function f=fxy(x,y)
global ki;
ki=ki+1;
%ki用于统计被积函数的调用次数
f=exp(-x.^2/2).*sin(x.^2+y);
syms 符号变量名1 符号变量名2 … 符号变 量名n
用这种格式定义符号变量时不要在变量名 上加字符串分界符(‘)，变量间用空格而不要用 逗号分隔。立符号表达式 含有符号对象的表达式称为符号表达式。
建立符号表达式有以下3种方法： (1) 利用单引号来生成符号表达式。 (2) 用sym函数建立符号表达式。 (3) 使用已经定义的符号变量组成符号表达式。
ans = 0.28579682416393
6.3 二重定积分的数值求解
使用MATLAB提供的dblquad函数就可以直接求出 上述二重定积分的数值解。该函数的调用格式为：
I = dblquad(f,a,b,c,d,tol,trace) 该函数求f(x,y)在[a,b]×[c,d]区域上的二重定积分。 参数tol，trace的用法与函数quad完全相同。 a,b
2.5 exdx
1
的近似值，并在相同的积分精度下，比较函数的调
用次数。
调用函数quad求定积分：
format long; fx=inline('exp(-x)'); [I,n] = quad(fx,1,2.5,1e-10)
调用函数quad8求定积分：
format long; fx=inline('exp(-x)'); [I,n]=quad8(fx,1,2.5,1e-10)
其它命请同学们用help命令查阅详细信息及调用 方法。
7 MATLAB符号计算
2020/4/8
13
7.1 符号对象
7.1.1 建立符号对象
1. 建立符号变量和符号常量 MATLAB提供了两个建立符号对象的函数：sym
和syms，两个函数的用法不同。 (1) sym函数 sym函数用来建立单个符号量，一般调用格式为：
求解定积分的数值方法多种多样，如简单的梯形法、 辛普生(Simpson)•法、牛顿－柯特斯(Newton-Cotes) 法等都是经常采用的方法。
它们的基本思想都是将整个积分区间[a, b]分成n个 子区间[xi, xi+1]，i=1, 2, …, n， 其中x1 = a，xn+1 = b。 这样求定积分问题就分解为求和问题。
2020/4/8
16
4. 符号表达式的化简 MATLAB提供的对符号表达式化简的函数
6.2.3 被积函数由一个表格定义
trapz(x,y) 为梯形积分法，x表示积分区间的离散化 向量，y是与x同维数的向量，表示被积函数在x处的 函数值，z返回积分值。
例4 用trapz函数计算定积分。 命令如下：
X=1:0.01:2.5; Y=exp(-X); %生成函数关系数据向量 trapz(X,Y)
6.2 数值积分的实现方法
6.2.1 变步长辛普生法
基于变步长辛普生法，MATLAB给出了quad函数来 求定积分。该函数的调用格式为：
[I, n] = quad('fname', a, b, tol, trace) 其中fname是被积函数名。a和b分别是定积分的下 限 和 上 限 。 tol 用 来 控 制 积 分 精 度 ， 缺 省 时 取 tol=0.001。trace控制是否展现积分过程，若取非0则 展现积分过程，取0则不展现，缺省时取trace=0。 返回参数I即定积分值，n为被积函数的调用次数。
基于牛顿－柯特斯法，MATLAB给出了quad8函数 来求定积分。该函数的调用格式为：
[I, n] = quad8('fname', a, b, tol, trace)
其中参数的含义和quad函数相似，只是tol的缺省值 取10-6。 该函数可以更精确地求出定积分的值，且 一般情况下函数调用的步数明显小于quad函数，从 而保证能以更高的效率求出所需的定积分值。
(2) 调用dblquad函数求解。
global ki;ki=0; I=dblquad('fxy',-2,2,-1,1) ki
triplequad(‘fun’,a,b,c,d,e,f) 为三维矩形区域上的三 重数值积分，fun表示被积函数的M函数 名，a,b分别为x的上、下限，c,d分别为 y上、下限，e,f分别为z上、下限。
例1 求定积分：
3 e0.5x sin( x )dx
0
6
(1) 建立被积函数文件fesin.m。
function f=fesin(x)
f=exp(-0.5*x).*sin(x+pi/6);
(2) 调用数值积分函数quad求定积分。
[S,n]=quad('fesin',0,3*pi)
6.2.2 牛顿－柯特斯法
符号量名=sym('符号字符串') 该函数可以建立一个符号量，符号字符串可以是
常量、变量、函数或表达式。 应用sym函数还可以定义符号常量，使用符号常
量进行代数运算时和数值常量进行的运算不同。
2020/4/8
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(2) syms函数 函数sym一次只能定义一个符号变量，使用
不方便。MATLAB提供了另一个函数syms， 一次可以定义多个符号变量。syms函数的一 般调用格式为：