matlab syms subs eval 实例

本文探讨了利用符号数学表达式进行导数计算,并通过Matlab绘制图像展示导数与原始函数的关系,包括衔接点的计算及速度与加速度的可视化。
clc;
close all;
clear;

syms T;
syms t;
syms vmax;

len = 150;

y = vmax*(1 - exp(-t/T))
y2 = vmax
y3 = vmax*exp(-t/T)

%--------------------导数----------------------
dy = diff(y,t)
dy2 = diff(y2,t)
dy3 = diff(y3,t)

%-------------------衔接点---------------------
yt0 = subs(dy,t,0) %dy不会改变
yt2 = subs(dy3,t,2*len)

%--------------------画图---------------------
t = [0:0.1:len];
T = 3;
vmax = 5;
tt = [t t+len t+2*len];
yy = eval([y zeros(1,length(t))+y2 y3]);
dydy = eval([dy zeros(1,length(t))+dy2 dy3]);

%速度图
idx = floor(length(tt)/2);
cell_string{1} = '\fontsize{12}';%<15>
cell_string{2} = '\uparrow';
cell_string{3} = '速度';
figure,
plot(tt,yy) %eval求值
text(tt(idx),yy(idx),cell_string,'Color','r','HorizontalAlignment','Center')

%加速度图
cell_string{3} = '加速度';
figure,
plot(tt,dydy)
text(tt(idx),dydy(idx),cell_string,'Color','r','HorizontalAlignment','Center')

MATLAB 中,`syms` 函数是用于定义符号变量、符号表达式和符号函数的常用命令。它属于 Symbolic Math Toolbox,适用于进行符号计算、代数运算、微积分、方程求解等任务。`syms` 提供了比 `sym` 更简洁的语法,并且能够一次性定义多个符号对象。 ### 基本语法 - 定义单个符号变量: ```matlab syms x ``` - 定义多个符号变量: ```matlab syms x y z ``` - 定义带属性的符号变量(如实数、整数等): ```matlab syms a real syms b positive syms c integer syms d rational ``` - 定义符号函数(例如单变量函数): ```matlab syms f(x) f(x) = x^2 + 3*x + 2; ``` - 定义多变量符号函数: ```matlab syms g(x, y) g(x, y) = x^2 + y^2; ``` ### 示例说明 #### 示例 1:定义并操作符号表达式 ```matlab syms x y expr = x^2 + 2*x*y + y^2; simplified_expr = simplify(expr); % 简化表达式 disp(simplified_expr) % 输出: (x + y)^2 ``` #### 示例 2:求解符号方程 ```matlab syms x eqn = x^2 - 4 == 0; % 定义方程 sol = solve(eqn, x); % 求解方程 disp(sol) % 输出: [ -2, 2 ] ``` #### 示例 3:计算符号积分 ```matlab syms x a f = x^2 + a*x + 1; F = int(f, x); % 对x进行不定积分 disp(F) % 输出: (x^3)/3 + (a*x^2)/2 + x ``` #### 示例 4:对多变量函数进行积分 ```matlab syms x y z a f = x^2 + a*x + 1 + y + z*a; F = int(int(int(f, x, 0, 1), y, 0, 1), z, 0, 1); % 多重定积分 disp(F) % 输出: a^2/2 + a + 17/6 ``` #### 示例 5:定义并调用符号函数 ```matlab syms f(x) f(x) = sin(x) + cos(x); result = f(pi/4); % 在x = π/4处求值 disp(result) % 输出: sqrt(2) ``` ### 与 `sym` 的区别 - `sym` 用于创建单个符号对象,适合一次性定义; - `syms` 是 `sym` 的简化形式,适用于多个变量或函数的声明,语法更简洁; - `syms` 支持直接定义函数形式,如 `f(x)`,而 `sym` 需要额外赋值。 ### 属性设置 `syms` 支持为符号变量指定属性,如 `real`、`positive`、`integer`、`rational` 等[^1],这些属性会影响后续的代数运算和求解过程中的假设条件。 ---
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