用matlab解微分方程

本文详细介绍了如何使用MATLAB求解微分方程 {x'=-by, y'=-ax}

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研究了使用matlab如何解微分方程。

考虑如下微分方程。

{x˙=−byy˙=−ax,{x(0)=x0y(0)=y0 \left\{\begin{matrix} \dot x = -by \\ \dot y = -ax \end{matrix}\right. ,\quad \left\{\begin{matrix} x(0) = x_0 \\ y(0) = y_0 \end{matrix}\right. {x˙=byy˙=ax,{x(0)=x0y(0)=y0

其解为

{x=(ax0+by0)e−abt+(ax0−by0)eabt2ay=(ax0+by0)e−abt−(ax0−by0)eabt2b \left\{\begin{matrix} x = \frac{(\sqrt a x_0 + \sqrt b y_0)e^{-\sqrt{ab}t}+(\sqrt ax_0-\sqrt by_0)e^{\sqrt{ab}t}}{2\sqrt a} \\ y = \frac{(\sqrt a x_0 + \sqrt b y_0)e^{-\sqrt{ab}t}-(\sqrt ax_0-\sqrt by_0)e^{\sqrt{ab}t}}{2\sqrt b} \end{matrix}\right. x=2a(ax0+by0)eabt+(ax0by0)eabty=2b(ax0+by0)eabt(ax0by0)eabt

用MATLAB代码来解这个微分方程,代码为

S1 = dsolve('Dx = -b*y', 'Dy = -a*x', 'y(0) = y0', 'x(0) = x0');
y = S1.y
x = S1.x

结果为

y =
 
(exp(-t*(a*b)^(1/2))*(a*x0 + y0*(a*b)^(1/2)))/(2*(a*b)^(1/2)) - (exp(t*(a*b)^(1/2))*(a*x0 - y0*(a*b)^(1/2)))/(2*(a*b)^(1/2))
 
 
x =
 
(exp(t*(a*b)^(1/2))*(a*x0 - y0*(a*b)^(1/2)))/(2*a) + (exp(-t*(a*b)^(1/2))*(a*x0 + y0*(a*b)^(1/2)))/(2*a)

把结果写成代数形式,为

{x=eabt(ax0−aby0)+e−abt(ax0+aby0)2ay=e−abt(ax0+aby0)−eabt(ax0−aby0)2ab \left\{\begin{matrix} x = \frac{e^{\sqrt {ab}t}(ax_0 - \sqrt{ab}y_0) + e^{-\sqrt {ab}t }(ax_0 + \sqrt{ab} y_0) }{2a} \\ y = \frac{e^{- \sqrt {ab}t}(ax_0+ \sqrt{ab}y_0) - e^{\sqrt {ab}t }(ax_0- \sqrt{ab} y_0) }{2\sqrt{ab}} \\ \end{matrix}\right. x=2aeabt(ax0aby0)+eabt(ax0+aby0)y=2abeabt(ax0+aby0)eabt(ax0aby0)

和用手算的结果一样,也就是说用MATLAB可以解代数微分方程。

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