数值计算方法在方程求解中的应用
1. 机械振动过冲问题
在机械振动问题中,有时需要找到质量达到最远点时的过冲幅度和时间。例如,对于函数 (X(t) = -e^{-t}(1 + 3.7\sin(2t))),为了确定 (X(t)) 的最大值,我们对其求关于 (t) 的一阶导数:
(\frac{dX(t)}{dt} = e^{-t}[(1 + 3.7\sin(2t)) - 2(1 + 3.7\cos(2t))])
通过令一阶导数等于零,使用程序 FindRoot 的第四个选项,在边界 (t_r = 1) 和 (t_r = 2) 内计算,可得到 (X_{max} = 1.523),即过冲为 (53\%),且发生在 (t = 3.145) 秒。
2. 扩展牛顿 - 拉夫逊方法
牛顿 - 拉夫逊迭代法原本用于求解单变量的多项式或超越方程,现在可以扩展到求解多变量的方程组。以两个二元方程 (u(x,y) = 0) 和 (v(x,y) = 0) 为例,设 ((x_g,y_g)) 是这两个方程的一个猜测解。在其邻域内,(u(x,y)) 和 (v(x,y)) 的泰勒级数展开式分别为:
(u(x_r,y_r) = u(x_g,y_g) + \frac{\partial u}{\partial x}(x_g,y_g)\Delta x + \frac{\partial u}{\partial y}(x_g,y_g)\Delta y + \cdots)
(v(x_r,y_r) = v(x_g,y_g) + \frac{\partial v}{\partial x}(x_g,y_g)\Delta x + \frac{\partial v
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