用matlab求解常微分方程
重要：MATLAB常微分方程(组)数值解法
Matlab常微分方程求解问题分类
边值问题：
初值问题：
• 定解附加条件在自变量 的一端
• 一般形式为： y' f (x, y)
y(a)
y0
• 初值问题的数值解法一 般采用步进法，如 Runge-Kutta法
➢ 在自变量两端均给定附加 条件
y' f (x, y)
➢ 一般形式：y(a)y1, y(b)y2
1.根据常微分方程要求的求解精度与速度要求
求解初值问题：
y
'
y
2x y
y ( 0 ) 1
(0x1)
比较ode45和ode23的求解精度和速度
ode45和ode23的比较-1
function xODE clear all clc
format long
y0 = 1; [x1,y1] = ode45(@f,[0,1],y0); [x2,y2] = ode23(@f,[0,1],y0); plot(x1,y1,'k-',x2,y2,'b--') xlabel('x') ylabel('y')
rD = k(3)*C(2)-k(5)*C(4);
rE = k(4)*C(3)+k(5)*C(4);
% Mass balances dCdt = [rA; rB; rC; rD; rE];
三个串联的CSTR等温反应器（例4-3）
function IsothermCSTRs clear all clc CA0 = 1.8; % kmol/m^3 CA10 = 0.4; % kmol/m^3 CA20 = 0.2; % kmol/m^3 CA30 = 0.1; % kmol/m^3 k = 0.5; % 1/min tau = 2; stoptime = 2.9; % min [t,y] = ode45(@Equations,[0 stoptime],[CA10 CA20 CA30],[],k,CA0,tau); disp(' Results:') disp(' t CA1 CA2 CA3') disp([t,y]) plot(t,y(:,1),'k--',t,y(:,2),'b:',t,y(:,3),'r-') legend('CA_1','CA_2','CA_3') xlabel('Time (min)') ylabel('Concentration') % -----------------------------------------------------------------function dydt = Equations(t,y,k,CA0,tau) CA1 = y(1); CA2 = y(2); CA3 = y(3); dCA1dt = (CA0-CA1)/tau - k*CA1; dCA2dt = (CA1-CA2)/tau - k*CA2; dCA3dt = (CA2-CA3)/tau - k*CA3; dydt = [dCA1dt; dCA2dt; dCA3dt];
matlab ode45 求解带积分的常微分方程
概述在工程和科学领域中，常微分方程是一种常见的数学建模工具。
其中，带积分的常微分方程更是一种需要特殊解法的方程形式。
MATLAB是一种功能强大的数学工具软件，而ode45是MATLAB中用于求解常微分方程的函数之一。
本文将详细介绍如何使用MATLAB中的ode45函数来求解带积分的常微分方程。
一、带积分的常微分方程简介带积分的常微分方程是指在微分方程中出现积分形式的项，通常表现为对某个函数进行积分。
这种形式的微分方程在工程和科学领域中有着广泛的应用，例如在电路分析、控制系统、生物学模型等领域中都能见到。
典型的带积分的常微分方程形式如下所示：y' = f(t,y) + ∫g(t,y)dt其中，y'表示y对自变量t的导数，f(t,y)为已知的函数，g(t,y)为未知的函数需要求解。
这种形式的微分方程要比普通的常微分方程更复杂，需要使用特定的求解方法来得到解析解或数值解。
二、MATLAB中的ode45函数介绍MATLAB是一种被广泛应用于科学计算和工程领域的数学软件工具，其中有丰富的数值计算函数库。
其中，用于求解常微分方程的ode45函数是应用较为广泛的函数之一。
ode45函数可以通过数值计算的方法来求解常微分方程的数值解，其基本调用格式如下：[t,y] = ode45(odefun,tspan,y0)其中，odefun是定义了微分方程的函数句柄，tspan是求解的时间范围，y0是初始条件。
ode45函数会返回微分方程在tspan范围内的数值解t和对应的y值。
三、使用MATLAB求解带积分的常微分方程对于带积分的常微分方程，我们需要将其转化为标准形式，然后利用MATLAB的ode45函数进行求解。
假设我们有如下形式的带积分的常微分方程：y' = f(t,y) + ∫g(t,y)dt我们将其转化为等价的无積分項的方程形式，例如∂F/∂t = f(t,y) + ∫g(t,y)dt我们可以利用MATLAB中的ode45函数来求解上述形式的微分方程。
matlab_常微分方程数值解法
dt 2
简朴问题可以求得解析解，多数实际问题靠数值求解 。
第4页
一阶常微分方程(ODE )初值问题 ： ODE ：Ordinary Differential Equation
dy
f
(x,
y)
dx
x0 x xn
y(x0 ) y0
数值解法就是求y(x)在某些分立旳节点 xn 上旳近似值 yn，用以近似y(xn)
x0
y0
x1 f y(x), x dx
x0
x2 f y(x), x dx
x1
y(x1) f y(x1), x1 h
第17页
同样，在[x0,xn+1] ，积分采用矩形近似，得：
y(xn1) y0
f xn1
x0
y(x), x dx
y(xn ) f y(xn ), xn h
yn y(xn )
第5页
2、欧拉近似办法
2.1 简朴欧拉(L.Euler, 1707-1783)办法。
dy
dx
f
(y, x)
y(x0 ) y0
欧拉数值算法就是由初值通过递推求解，递推求解
就是从初值开始，后一种函数值由前一种函数值得到。核 心是构造递推公式。
y0 y1 y2 yn
第6页
i 1,2,...
第36页
没有一种算法可以有效地解决所有旳 ODE 问题，因此 MATLAB 提供了多种ODE函数。
函数 ODE类
特点
阐明
型
ode45
非刚性 单步法；4，5 阶 R-K 措施；合计 大部分场合旳首选措施
截断误差为 (△x)3
ode23
非刚性 单步法；2，3 阶 R-K 措施；合计 使用于精度较低旳情形
matlab数值求解常微分方程快速方法
MATLAB是一种用于科学计算和工程应用的高级编程语言和交互式环境。
它在数学建模、模拟和分析等方面有着广泛的应用。
在MATLAB 中，常微分方程的数值求解是一个常见的应用场景。
在实际工程问题中，通常需要对常微分方程进行数值求解来模拟系统的动态行为。
本文将介绍MATLAB中对常微分方程进行数值求解的快速方法。
1. 基本概念在MATLAB中，可以使用ode45函数来对常微分方程进行数值求解。
ode45是一种常用的Runge-Kutta法，它可以自适应地选取步长，并且具有较高的数值精度。
使用ode45函数可以方便地对各种类型的常微分方程进行求解，包括一阶、高阶、常系数和变系数的微分方程。
2. 函数调用要使用ode45函数进行常微分方程的数值求解，需要按照以下格式进行函数调用：[t, y] = ode45(odefun, tspan, y0)其中，odefun表示用于描述微分方程的函数，tspan表示求解的时间跨度，y0表示初值条件，t和y分别表示求解得到的时间序列和对应的解向量。
3. 示例演示为了更好地理解如何使用ode45函数进行常微分方程的数值求解，下面我们以一个具体的例子来进行演示。
考虑如下的一阶常微分方程：dy/dt = -2*y其中，y(0) = 1。
我们可以编写一个描述微分方程的函数odefun：function dydt = odefun(t, y)dydt = -2*y;按照上述的函数调用格式，使用ode45函数进行求解：tspan = [0 10];y0 = 1;[t, y] = ode45(odefun, tspan, y0);绘制出解曲线：plot(t, y);4. 高级用法除了基本的函数调用方式外，MATLAB中还提供了更多高级的方法来对常微分方程进行数值求解。
可以通过设定选项参数来控制数值求解的精度和稳定性，并且还可以对刚性微分方程进行求解。
5. 性能优化在实际工程应用中，常常需要对大规模的常微分方程进行数值求解。
matlab求解常微分方程
matlab求解常微分⽅程本⽂主要介绍matlab中求解常微分⽅程（组）的dsolve和ode系列函数，并通过例⼦加深读者的理解。
⼀、符号介绍D: 微分符号；D2表⽰⼆阶微分，D3表⽰三阶微分，以此类推。
⼆、函数功能介绍及例程1、dsolve 函数dsolve函数⽤于求常微分⽅程组的精确解，也称为常微分⽅程的符号解。
如果没有初始条件或边界条件，则求出通解；如果有，则求出特解。
1)函数格式Y = dsolve(‘eq1,eq2,…’ , ’cond1,cond2,…’ , ’Name’)其中，‘eq1,eq2,…’:表⽰微分⽅程或微分⽅程组;’cond1,cond2,…’:表⽰初始条件或边界条件;‘Name’:表⽰变量。
没有指定变量时，matlab默认的变量为t；2)例程例1.1(dsolve 求解微分⽅程)求解微分⽅程：dsolve('Dy=3*x^2','x')例1.2（加上初始条件）求解微分⽅程：例2(dsolve 求解微分⽅程组)求解微分⽅程组：由于x,y均为t的导数，所以不需要在末尾添加’t’。
2、ode函数在上⽂中我们介绍了dsolve函数。
但有⼤量的常微分⽅程，虽然从理论上讲，其解是存在的，但我们却⽆法求出其解析解，此时，我们需要寻求⽅程的数值解。
ode是Matlab专门⽤于解微分⽅程的功能函数。
该求解器有变步长（variable-step）和定步长（fixed-step）两种类型。
不同类型有着不同的求解器，具体说明如下图。
其中，ode45求解器属于变步长的⼀种，采⽤Runge-Kutta算法；其他采⽤相同算法的变步长求解器还有ode23。
ode45表⽰采⽤四阶-五阶Runge-Kutta算法，它⽤4阶⽅法提供候选解，5阶⽅法控制误差，是⼀种⾃适应步长（变步长）的常微分⽅程数值解法，其整体截断误差为(Δx)^5。
解决的是Nonstiff(⾮刚性)常微分⽅程。
matlab求解二阶常微分方程
matlab求解二阶常微分方程一、引言常微分方程，即Ordinary Differential Equations（ODE），是一类重要的数学问题，它可以描述各种物理、化学等领域的问题。
特别是，对于二阶常微分方程，其本质上表示的是一种流体动力学的演变。
了解二阶常微分方程的解法是任何一个有关力学的仿真应用的基础，因此，选择合适的求解工具，以及详细的求解步骤，是获得完美求解结果的必要关键。
MATLAB（Matrix Laboratory）是一门强大的高级编程语言，既可以完成数值计算、程序设计、算法开发，科学可视化和数据分析实验，也可以解决复杂的数学问题，像是二阶常微分方程等。
遗憾的是，很多学习者由于缺乏计算机程序设计经验，目前并不能将MATLAB作为一种精确和强大的解决方案来处理二阶常微分方程问题。
考虑到二阶常微分方程在许多学习地方都有所应用，本文主要用于介绍用MATLAB求解二阶常微分方程的方法，帮助研究者更好地理解MATLAB，以及如何正确利用它来解决类似问题。
本文通过实例讨论，展示了利用MATLAB来求解二阶常微分方程的具体方法。
二、MATLAB的基础介绍MATLAB，即Matrix Laboratory，是一种高级编程语言，是由MathWorks Computer Company开发的一种独特的应用工具包。
它不仅可以用来完成数值计算，也可以作为一种编程语言来用于编写程序，而且它还拥有一些完善的工具，可以用来编译、执行和调试程序。
MATLAB是一个性能强大的计算和可视化软件，可以快速分析数据并创建显示效果非常好的图表。
它拥有一个丰富的函数库，具有很高的遍历和查找速度，可以很容易地实现复杂的数学操作和其他高级功能。
三、MATLAB求解二阶常微分方程在MATLAB面板中输入以下命令：syms x yD2y=diff(y,2);ode=D2y+9*y==x;dsolve(ode,y(0)==1,Dy(0)==2);此命令用来求出二阶常微分方程y”+9y=x的解（y(0)=1,y’(0)=2），其结果如下：-3*cos(3*x) + 5*sin(3*x) -3*exp(-3*x) + 2*x + 1以上计算过程中，syms 命令表示定义符号x，y，并通过diff 函数将其变成二阶常微分方程。
matlab解常微分方程
matlab解常微分⽅程1. ODE常微分⽅程ordinary differential equation的缩写，此种表述⽅式常见于编程，如MATLAB中Simulink求解器solver已能提供了7种微分⽅程求解⽅法：ode45(Dormand-Prince)，ode23(Bogacki-Shampine)，ode113(Adams)，ode15s(stiff/NDF)，ode23s(stiff/Mod. Rosenbrock)，ode23t(mod.stiff/Trapezoidal)，ode23tb(stiff/TR-BDF2)。
微分⽅程、微分⽅程组⾃标量 因变量 ⼀元 多元 函数 映射⼀元：只有⼀个因变量多元：有多个因变量导数 偏导：谁对谁的导数，因变量对⾃变量的导数，默认或缺省⾃变量为t 、x ？⼀元⽅程 多元⽅程 多元⽅程组 n个⽅程解n个未知量微分⽅程 ⼀阶 ⾼阶微分⽅程 ⼀阶微分⽅程组⼀阶常微分⽅程：Dx/dt + x = e^t⾼阶常微分⽅程：d^2x/dt^2+dx/dt+x=e^2t⼀阶微分⽅程组（多元）：dy/dt+x=e^2tdx/dt+2y-x=e^t初始条件：dy/dt0=... dx/dt0=... y0=... x0=...可以解出：y=f(t)=.... x=f(t)=.... 两个⽅程解两个未知数（因变量）⼀个N阶（多元）微分⽅程可以写成（分解成）N个⼀阶微分⽅程（即微分⽅程组）如：x.. + 2x. -x = u令x.=x2; x=x1 则...微分⽅程的精确解： r=dsolve('eqn1','eqn2',...,'cond1','cond2',...,'var').数值解： [t,y]=solver('odefun',tspan,y0,options)1. 求精确解1.微分⽅程r=dsolve('eqn1','eqn2',...,'cond1','cond2',...,'var').该命令中可以⽤D表⽰微分符号，其中D2表⽰⼆阶微分，D3表⽰三阶微分，以此类推。
dsolve用法
%
Y0=[x0;0;0;vy0];
%
[t,YY]=ode45('DYdt',tspan,Y0);% <8>
X=YY(:,1);
%
Y=YY(:,2);
%
plot(X,Y,'b','Linewidth',2); hold on
%axis('image')
%
[XE,YE,ZE] = sphere(10); %
x=0:0.01:0.5;
yy=subs(y,x);
fun=inline('2*y+2*x*x+2*x');[x,y]=ode15s(fun,[0:0.01:0.5],1);ys=x.*x+exp(2*x); plot(x,y,'r',x,ys,'b')
例
6：求解常微分方程
d2y dt 2
Hale Waihona Puke 1 FGmM E r3
r
作用下有
a
d 2r
G
ME
r
dt 2
r3
，引力常数 G=6.672*10-11(N.m2/kg2)
,ME=5.97*1024(kg)是地球的质量。假
定卫星以初速度 vy(0)=4000m/s 在 x(0)=-4.2*107(m)处进入轨道。
（2）构成一阶微分方程组
令 Y=[y1 y2 y3 y4]T=[x y vx vy]T=[x y x' y']T
3．利用 MATLAB 求常微分方程 y(4) 2 y ''' y '' 0 的解。 解：y=dsolve('D4y-2*D3y+D2y','x')