求简单微分方程

该博客展示了如何使用符号计算工具解决不同类型的微分方程。首先,它演示了解一阶常微分方程dy/dt=ay的步骤,并添加了初始条件y(0)=5。接着,它转向二阶常微分方程d²y/du²=ay,给出边界条件y(0)=b和dy/du(0)=1。最后,博客解决了常微分方程组dy/dt=z和dz/dt=-y的解。所有解都通过符号计算软件完成。
  1. 求解一介常微分方程 dydt=ay\frac{dy}{dt}=aydtdy=ay

    syms y(t) a;
    eqn = diff(y, t) == a*y;
    S = dsolve(eqn)
    

    增加条件,初值 y(0)=5y(0) = 5y(0)=5

    syms y(t) a;
    eqn = diff(y, t) == a*y;
    cond = y(0) = 5;
    S = dsolve(eqn, cond)
    
  2. 求解二阶常微分方程 d2ydu2=ay\frac{d^2y}{du^2}=aydu2d2y=ay

    syms y(t) a;
    eqn = diff(y, t, 2) == a*y;
    S = dsolve(eqn)
    

    增加条件, y(0)=b,y′(0)=1y(0) = b, y'(0) = 1y(0)=b,y(0)=1

    syms y(t) a b;
    eqn = diff(y, t, 2) == a*y;
    Dy = diff(y, t);
    cond = [y(0) == b, Dy(0) == 1];
    S = dsolve(eqn, cond)
    
  3. 求解常微分方程组
    dydt=zdzdt=−y \frac{dy}{dt}=z\\ \frac{dz}{dt}=-y dtdy=zdtdz=y

    syms y(t) z(t)
    eqns = [diff(y, t) == z, diff(z, t) == -y];
    s = dsolve(eqns)
    
### 使用 MATLAB 简单微分方程 #### 定义问题 许多微分方程无法通过解析方法获得精确解,因此数值解法成为常用手段。对于简单微分方程,可以利用MATLAB内置的ODE解器来获取其近似解。 #### 创建函数文件定义微分方程 为了方便调用不同的算法,建议先创建一个单独的m-file用于描述待解决问题的具体形式。假设要处理的一阶线性常系数齐次微分方程为dy/dt=-λ*y,则可以在工作目录下新建名为`myDiffEq.m`的脚本: ```matlab function dydt=myDiffEq(t,y) lambda=0.5; % 可根据实际情况调整参数lambda dydt=-lambda.*y; end ``` 此部分代码实现了对给定时间`t`和状态向量`y`计算导数的功能[^1]。 #### 调用 ODE 解算器 接下来,在命令窗口或者另一个M文件里输入如下指令完成解过程并绘制图形展示结果: ```matlab % 设置仿真时间和初值条件 timeSpan=[0 10]; initialCondition=2; % 应用 ode45 进行解 [tSoln, ySoln]=ode45(@myDiffEq,timeSpan,initialCondition); % 绘制图像 plot(tSoln,ySoln,'LineWidth',2); xlabel('Time t'); ylabel('Solution y'); title('Numerical Solution of Simple Differential Equation using Matlab'); grid on; ``` 上述程序片段展示了如何设置模拟时间段以及初始条件,并选择了精度较高的四阶五级Runge-Kutta-Fehlberg (RKF45) 方法即 `ode45()` 来得到数值解答;最后还包含了绘图语句以便直观观察所得曲线变化趋势。
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