第三讲 MATLAB的符号运算
MATLAB应用第三章-符号计算

3. 1 数据类型 3.2 符号运算
数学运算中除了数值运算外,还有大量抽象运算(计算式中带有符号变 量、表达式的运算)。Matlab就是利用maple软件的符号运算功能来实 现这些符号运算的。 Maple : 通用的数学和工程软件,是世界上最值得信赖、最完整的数学 软件之一,被高等院校、研究机构和公司广泛应用,用户渗透超过97% 的世界主要高校和研究所,超过81%的世界财富五百强企业。 Maple提供世界上最强大的符号计算,无与伦比的数值计算,支持 用户界面开发和网络发布,内置丰富的数学求解库,覆盖几乎所有的数 学分支,所有的操作都是在一个所见即所得的交互式技术文档环境中完 成,完成计算的同时也生成了专业技术文件和演示报告。 Maple不仅仅提供编程工具,更重要的是提供数学知识。Maple是 教授、研究员、科学家、工程师、学生们必备的科学计算工具,从简单 的数字计算到高度复杂的非线性问题,Maple都可以帮助您快速、高效 地解决问题。用户通过Maple产品可以在单一的环境中完成多领域物理 系统建模和仿真、符号计算、数值计算、程序设计、技术文件、报告演 示、算法开发、外部程序连接等功能,满足各个层次用户的需要,从高 中学生到高级研究人员。
格 Eg 3-2 补充。 补充。 2)char函数创建:char(‘string1’,’string2’, …); Eg 3-3 各个字符串不须同大小, 各个字符串不须同大小,该函数自动补充空白 字符。 字符。 Eg 3-4
字符串与单元 1)cellstr将字符数组转换成单元数组。 2)char函数将单元数组转换成字符数组。 数组的转换 字符串的比较 1)strcmp(a,b):比较两个字符串所有字符是
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matlab中的数学符号与运算

matlab中的数学符号与运算MATLAB(Matrix Laboratory)是一种用于数值计算和科学工程应用的高级编程语言和环境。
MATLAB中包含了丰富的数学符号和运算,用于进行矩阵操作、线性代数、微积分等数学计算。
以下是MATLAB中一些常见的数学符号和运算:1. 数学符号:-矩阵:MATLAB 中的基本数据类型是矩阵,可以使用方括号`[]` 来表示。
例如,`A = [1, 2; 3, 4]` 表示一个2x2的矩阵。
-向量:向量可以表示为一维矩阵,例如,`v = [1, 2, 3]` 表示一个包含3个元素的行向量。
-转置:使用单引号`'` 来进行转置操作。
例如,`A'` 表示矩阵A的转置。
-点乘和叉乘:点乘使用`.*`,叉乘使用`.*`。
例如,`A .* B` 表示矩阵A和B的对应元素相乘,`A * B` 表示矩阵A和B的矩阵乘法。
2. 数学运算:-基本算术运算:MATLAB支持基本的算术运算,如加法、减法、乘法和除法。
例如,`result = 2 + 3`。
-元素-wise 运算:MATLAB 支持元素-wise 的运算,即对矩阵或向量中的每个元素进行运算。
例如,`C = A .* B` 表示矩阵A和B的对应元素相乘。
-矩阵操作:MATLAB 提供了许多用于矩阵操作的函数,如`inv`(求逆矩阵)、`det`(求行列式)、`eig`(求特征值)等。
-积分和微分:MATLAB 提供了`int`(积分)和`diff`(微分)等函数,用于进行积分和微分运算。
-方程求解:MATLAB 提供了`solve` 函数,用于求解方程组。
这些是MATLAB中一些常见的数学符号和运算。
MATLAB 的强大之处在于它的矩阵操作能力,使得它非常适用于数学和工程领域的计算和建模。
如果你有特定的数学运算需求,可以查阅MATLAB 的官方文档或在线资源以获取详细信息。
符号运算 matlab

符号运算 matlab符号运算是一种在数学上进行推导和计算的重要方法,在Matlab 中也有相应的符号运算功能。
通过符号运算,可以进行高精度计算、求解方程、求导积分、代数化简等操作。
本文将介绍 Matlab 中符号运算的基本使用方法和相关函数。
1. 符号变量的定义和赋值在 Matlab 中,可以使用 syms 函数定义符号变量,并使用等号将其赋值。
例如,定义符号变量 x 和 y:syms x yx = 2;y = x + 3;这里,定义了两个符号变量 x 和 y,并将 x 赋值为 2,y 赋值为 x+3。
需要注意的是,符号变量和数值变量在 Matlab 中是不同的类型,不能直接进行运算。
2. 符号表达式的运算在 Matlab 中,可以使用符号表达式进行各种运算,包括加减乘除、幂运算、三角函数、指数函数等。
例如,定义符号表达式 f(x) = 2*x^3 + 3*x^2 - 5*x + 1:syms xf(x) = 2*x^3 + 3*x^2 - 5*x + 1;然后可以对 f(x) 进行各种运算,如求导、积分、代数化简等。
例如,求 f(x) 的一阶导数:diff(f(x), x)这里使用 diff 函数求 f(x) 的一阶导数,结果为 6*x^2 + 6*x - 5。
3. 方程求解在 Matlab 中,可以使用 solve 函数求解方程。
例如,求解方程 x^2 + 3*x + 2 = 0:syms xsolve(x^2 + 3*x + 2 == 0)solve 函数返回的是符号变量的解,需要使用 double 函数将其转换为数值变量。
4. 代数化简在 Matlab 中,可以使用 simplify 函数对符号表达式进行代数化简。
例如,代数化简表达式 (x^2 + 2*x + 1)/(x + 1):syms xsimplify((x^2 + 2*x + 1)/(x + 1))simplify 函数会自动将表达式化简为最简形式。
第3章 MATLAB符号计算-习题讲解

9.微分 对x、y、c、d进行微分: f=sym('a*x^3+b*y^2+c*z+d') diff(f) //x为自由变量,可缺省 diff(f,'y') diff(f,'c') diff(f,'d') 求y趋向于1的极限: limit(f,'y',1) 对x的2、3次微分: diff(f,2) diff(f,3)
P296: 1,3,4,5,7,8,9,11,15
>> A.*B ans = [ a*c, b*d] [ c*e, d*f]
1. f=sym(‘a*x^3+b*x^2+c* x+d’) 3. A=sym('[a b;c d]')
B=sym('[c d;e f]') A+B ans = [ a+c, b+d] [ c+e, d+f] >> A-B ans = [ a-c, b-d] [ c-e, d-f]
7.复合函数/逆函数f =1-sin(x)^2 算值:
g=2*x+1
f=sym('1-sБайду номын сангаасn(x)^2')
g=sym('2*x+1') subs(f,1) 复合: compose(f,g) 逆函数: finverse(g)
8.多项式转换 多项式系数形式: f=sym('x^3+3*x^2-6*x+5') sym2poly(f) 代替: subs(f,'a') subs(f,5)
11.泰勒级数展开式 >> syms x; >> taylor(sin(x),10) ans = x-1/6*x^3+1/120*x^5-1/5040*x^7+1/362880*x^9
3.符号运算

2.非线性方程组的符号解法 (1).非线性方程求解: solve(‘fun’),求得解析解 x=solve(‘x^2+3*x+4=0’) %得解析解 x1=vpa(x,6) %化为数值解 (2).非线性方程组求解 fsolve(‘fun’,x0) fun由M文件给出函数, x0为初值,是一种迭代解法.
2. 绘制函数图函数 fplot fplot(fun,lims) %fun为M文件的函数名或是对 变量x的可执行字符串. fplot(fun,lims,n) %n--线条的宽度 fplot(fun,lims,’LinSpec’) %LinSpec线条的类型 演示8: fuhao08.m
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3.10 图示化函数计算器
23
3.11 Maple接口
相对于Maple软件的2000多条的符号计算命令来说, 前面介绍的内容只是利用了Maple中最常用的计算命令中 的一部分。为了在Matlab的工作环境下进一步熟悉Maple 的其他符号计算功能,本节将介绍如何在Matlab中直接调 用Maple的内部命令进行计算。 在Matlab中实现Maple函数的直接调用可由maple和 mfun两个命令来实现。
1. maple命令 在Matlab的环境下,为了实现对Maple绝大多数的 符号计算命令的调用,Symbolic Toolbox工具箱中提 供了一个通用的命令maple。
实验三MATLAB的符号运算

实验三 MATLAB 的符号运算一 实验目的:1.掌握符号对象的创建及符号表达式化简的基本方法;2.掌握符号微积分、符号方程的求解的基本方法。
二 实验装置:计算机三 实验内容:1.符号对象的创建(1) 建立符号变量使用sym 函数把字符表达式'2*sin(x)*cos(x)'转换为符号变量。
2.符号表达式的化简(1)因式分解对表达式f=x 3-1 进行因式分解。
(2) 符号表达式的展开对符号表达式f=cos(x+y)进行展开。
(3)符号表达式的同类项合并对于表达式f=(2x 2*(x+3)-10)*t ,分别将自变量x 和t 的同类项合并。
(4)符号表达式的化简(5)符号表达式的分式通分对表达式 进行通分。
(6)符号表达式的替换用新变量替换表达式a+b 中变量b 。
3.符号微积分(1) 符号极限计算表达式 的极限。
(2)符号微分计算表达式f=sinx 的微分。
(3)符号积分。
例:简化32381261+++=xx x f 22x y y x f +=xtgx x lim 0→()⎰+dzz x31计算表达式 的积分。
(4)符号求和计算表达式 4.符号方程的求解求解代数方程组 四 实验要求:1.按照要求预习实验;2.在MATLAB 中运行实验程序验证仿真结果;3. 按照要求完成实验报告。
.10005∑k⎪⎩⎪⎨⎧=--=-+=+-043035218472z y x z y x z y x。
实验三 MATLAB符号计算

expr1 =
x^3+2*exp(-t)*x^2+(1+exp(-t)^2)*x+exp(-t) expr2 = x*exp(-t)^2+(2*x^2+1)*exp(-t)+(x^2+1)*x
expand使用指令 y=0.14-(1.2e+002)*(-2.4005*(0.445-x)^7+4.2505*(0.445x)^6-2.2336*(0.445-x)^5+0.4993*(0.445-x)^40.0514*(0.445-x)^3+0.0025*(0.445-x)^2);
符号矩阵的生成
符号矩阵可通过函数sym来生成。符号矩阵中的元素是任何不带等号的符 号表达式,各符号表达式的长度可以不相同;符号矩阵中,以空格或逗号 分隔的元素指定的是不同列的元素而分号分隔的元素指定的是不同行的元 素。 例:
syms x; A=sym(‘[cos(x),sin(x),x;-x+1 x^2+x+1 tan(x)]’) A= [ cos(x), sin(x), x] [ -x+1, x^2+x+1, tan(x)] >> size(A) %求符号矩阵的大小 ans = 2 3 > a=[1 2 3 4;4 5 6 7]; >> b=sym(a) b= [ 1, 2, 3, 4] [ 4, 5, 6, 7]
第三讲MATLAB的符号运算

④计算所需的时间较长。
• Symbolic Math Toolbox——符号运算工具包通过调用
Maple软件实现符号计算的。
• Maple软件——主要功能是符号运算,它占据符号软件
的主导地位。
2. 字符串与符号变量、符号常量
字符串对象 f = 'sin(x)+5x'
由符号变量构成的符号函数和 符号方程
• 符号表达式是由符号常量、符号变量、符号函
数运算符以及专用函数连接起来的符号对象。
• 包括:符号函数和符号方程。判断看带不带等
号。 例:syms x y z; f1=x*y/z;
f2=x^2+y^2+z^2; f3=f1/f2;
e1=sym('a*x^2+b*x+c')
factor(x^3-y^3)
• simplify( ) 该函数是一个强有力的具有
普遍意义的工具,它利用Maple化简规则 对表达式进行简化。
例:S=sym('[(x^2+5*x+6)/(x+2);sqrt(16)]')
simplify(S)
• simple( ) 用几种不同的算术简化规则对
符号表达式进行简化,使其用最少的字 符来表示。
行是自变量 x 的取值范围和常数 a 的值。
• 第四行只对 f 起作用,如求导、积分、简
化、提取分子和分母、倒数、反函数。
• 第五行是处理 f 和 a 的加减乘除等运算。
• 第六行前四个进行 f 和 g 之间的运算,后
三个分别是:求复合函数;把 f 传递给 ; swap是实现 f 和 g 功能的交换。
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第三讲MATLAB的符号运算——matlab 不仅具有数值运算功能,还开发了在matlab环境下实现符号计算的工具包Symbolic Math Toolbox符号运算的功能•符号表达式、符号矩阵的创建•符号线性代数•因式分解、展开和简化•符号代数方程求解•符号微积分•符号微分方程一、创建符号变量1.什么是符号运算•与数值运算的区别※数值运算中必须先对变量赋值,然后才能参与运算。
※符号运算无须事先对独立变量赋值,运算结果以标准的符号形式表达。
•特点:①运算对象可以是没赋值的符号变量②可以获得任意精度的解•Symbolic Math Toolbox——符号运算工具包通过调用Maple软件实现符号计算的。
•maple软件——主要功能是符号运算,它占据符号软件的主导地位。
2. Sym函数定义符号变量(1)S=sym(arg)Construct symbolic numbers, variables and objects.S = SYM(A) constructs an object S, of class 'sym', from A.If the input argument is a string, the result is a symbolic number or variable.If the input argument is a numeric scalar or matrix,the result is a symbolic representation of the given numeric valuesx = sym('x') creates the symbolic variable with name 'x' and stores the result in x. x = sym('x','real') also assumes that x is real, so that conj(x) is equal to x.alpha = sym('alpha') andr = sym ( 'Rho‘ , 'real') are other examples. Similarly, k =sym('k','positive') makes k a positive (real) variable.x = sym('x','unreal') makes x a purely formal variable with no additional properties (i.e., insures that x is NEITHER real NOR positive). See also: SYMS.Statements like pi = sym('pi') and delta = sym('1/10') create symbolic numbers which avoid the floating point approximations inherent in the values of pi and 1/10. The pi created in this way temporarily replacesthe built-in numeric function with the same name.S = sym(A,flag) converts a numeric scalar or matrix to symbolic form.The technique for converting floating point numbers is specified by the optional second argument, which may be 'f', 'r', 'e' or 'd'. The default is 'r'.'f' stands for 'floating point'. All values are represented in the form '1.F'*2^(e) or '-1.F'*2^(e) where F is a string of 13 hexadecimal digits and e is an integer. This captures the floatingpoint values exactly, but may not be convenient for subsequent manipulation.For example, sym(1/10,'f') is '1.999999999999a'*2^(-4) because 1/10 cannot be represented exactly in floating point.'r' stands for 'rational'. Floating point numbers obtained by evaluating expressions of the form p/q, p*pi/q, sqrt(p), 2^q and 10^q for modest sized integers p and q are converted to the corresponding symbolic form. This effectively compensates for the roundoff error involved in the original evaluation, but may not represent the floating point value precisely. If no simple rational approximation can be found, an expression of the form p*2^q with large integers p and q reproduces the floating point value exactly. For example, sym(4/3,'r') is '4/3', but sym(1+sqrt(5),'r') is 286977268806824*2^(-51)'e' stands for 'estimate error'. The 'r' form is supplemented by a term involving the variable 'eps' which estimates the difference between the theoretical rational expression and its actual floating point value. For example, sym(3*pi/4) is 3*pi/4-103*eps/249.'d' stands for 'decimal'. The number of digits is taken from the current setting of DIGITS used by VPA. Fewer than 16 digits looses some accuracy, while more than 16 digits may not be warranted.For example, with digits(10), sym(4/3,'d') is 1.333333333, while with digits(20), sym(4/3,'d') is 1.3333333333333332593,which does not end in a string of 3's, but is an accurate decimal representation of the floating point number nearest to 4/3.3.syms 函数定义符号变量Short-cut for constructing symbolic objects.SYMS arg1 arg2 ...is short-hand notation forarg1 = sym('arg1');arg2 = sym('arg2'); ...SYMS arg1 arg2 ... realis short-hand notation forarg1 = sym('arg1','real');arg2 = sym('arg2','real'); ...SYMS arg1 arg2 ... positiveis short-hand notation forarg1 = sym('arg1','positive');arg2 = sym('arg2','positive'); ...SYMS arg1 arg2 ... unrealis short-hand notation forarg1 = sym('arg1','unreal');arg2 = sym('arg2','unreal'); ...Each input argument must begin with a letter and must contain onlyalphanumeric characters.By itself, SYMS lists the symbolic objects in the workspace.Examples:syms x beta realis equivalent to:x = sym('x','real');beta = sym('beta','real');syms k positiveis equivalent to:k = sym('k','positive');To clear the symbolic objects x and beta of 'real' or 'positive' status, typesyms x beta unreal二、创建符号•1、创建符号表达式和符号方程•2、创建符号矩阵•3、数字矩阵和符号矩阵的转换•4、符号矩阵的引用和修改•5、建立符号数学函数•6、数据类型间的相互转换1、创建符号表达式和符号方程•(1)采用sym 函数•f=sym(‘a*x^2+b*x+c’) 符号表达式•f=sym(‘a*x^2+b*x+c=0’) 符号方程•(2)直接法•f= ‘a*x^2+b*x+c’ 符号表达式•f= ‘a*x^2+b*x+c=0’ 符号方程2、创建符号矩阵•(1)由sym函数直接创建•A=sym(‘[4+x, x^2, x; x^3,5*x-3,x*a]’)或者syms x,aA=[4+x, x^2, x; x^3,5*x-3,x*a](2)由字符串直接创建a=['[4+x x^2 x ]';'[x^3 5*x-3 x*a]']注意:字符串的长度相等,否则出错3、数字矩阵和符号矩阵的转换•用sym函数•例:•A=[2/5,4/0.78, sqrt(23)/3;0.33,0.333,log(4)]• A =•0.4000 5.1282 1.5986•0.3300 0.3330 1.3863•FA=sym(A)•FA =•[ 2/5, 200/39, sqrt(23/9)]•[ 33/100, 333/1000, 6243314768165359*2^(-52)]4、符号矩阵的引用和修改•在符号计算中,引用和修改只能对符号矩阵的元素一个一个地进行•例:syms a b c d•A=[a,a+c,d+b;c,d,a+c;a+c+d,c,c+d*a];•syms eee ddd•A(1,3)=eee•A(3,2)=ddd5、建立符号数学函数•(1)建立一般数学函数•sym x y z•F=sin(x+y)/(x-y)•G=sqrt(x^2+y^2+z^2)•建立m文件•(2)建立抽象的数学函数•sym var1 var2 var3•F=sym(‘f(var1 var2 var3)’)•例:建立一阶差分函数hx fhxfdf)( )(-+=•Syms x h•F=sym(‘f(x)’)•Df=(subs(f, x,x+h)-f))/h6、数据类型之间的相互转换•数值型、字符型、符号型数据类型,符号型级别最高,数值型级别最低•(1)转换为数值变量•X=double(S) 将符号变量变为数值变量•(2)转换为符号变量•S=sym(f) 对变量f没有限制符号矩阵与数值矩阵的转换将数值矩阵转化为符号矩阵函数调用格式:sym(A)A=[1/3,2.5;1/0.7,2/5]A =0.3333 2.50001.4286 0.4000sym(A)ans =[ 1/3, 5/2][10/7, 2/5]将符号矩阵转化为数值矩阵函数调用格式:numeric(A)A =[ 1/3, 5/2][10/7, 2/5]numeric(A)ans =0.3333 2.50001.4286 0.4000三、符号运算1.符号矩阵运算所有涉及符号运算的操作都有专用函数来进行,5.0 以上也可以用运算符,矩阵运算操作指令都比较直观、简单。