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标题: 有限差分法和托马斯算法(或追赶法)对一个二阶线性边值问题进行数值求解 [打印本页]

作者: 2744557306    时间: 2024-1-3 09:34
标题: 有限差分法和托马斯算法(或追赶法)对一个二阶线性边值问题进行数值求解
使用有限差分法和托马斯算法(或追赶法)对一个二阶线性边值问题进行数值求解。这种方法通常用于数值解微分方程。
# ?9 |- |" k# i) n1 j/ Z/ k以下是代码的简要解释:
( C/ n2 p) S' p4 ~- a5 b8 a9 T. z9 [. f  ]; _2 ~( c. c. U
1.使用 inline 函数定义了三个函数 p(x)、q(x) 和 r(x),它们表示微分方程的系数。
+ ~6 ?! {, `& J' n% `" e- Y( c2.设置了参数,如间隔数 N、初始和边界条件 a0、b0、af、bt 以及间隔大小 h。
, M# `3 f# f7 F* w6 L3.基于微分方程的有限差分离散化,计算了系数 a、b、c 和 d。
( L9 U2 b, j: c7 w, H' C: G; Y4.使用托马斯算法(或追赶法)解决了三对角方程组。
6 U0 r( m' U% l1 P% k8 ^- ^5.将结果与由数组 zj 表示的解析解进行了比较。
; U$ |' {  x$ d% U1 u5 w6.将数值解和解析解并排显示,以便比较。
  1. p=inline('-2/x');
    4 C8 ?/ q& g+ H: k! r
  2.   q=inline('2/x^2');
    ) i2 p& @) e! F8 U) Z
  3.   r=inline('sin(log10(x)/log10(exp(1)))/x^2');* ]0 Y9 p. t/ M1 W3 X- L% n) |1 x
  4.   N=9;
    $ Q+ H9 o2 A* h2 {& x
  5.   a0=1;b0=2;: v3 v! Z7 K% ^4 N! i
  6.   af=1;bt=2;
      X) {: ^5 r0 c" P7 \5 T: I
  7.   %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%# p/ e) m0 _. h+ x
  8.   h=(b0-a0)/(N+1);+ w7 g/ b' U5 p
  9.   x=a0+h;
    . P8 ?0 V" ?4 w$ n9 q2 r6 j( M6 P
  10.   a(1)=2+h*h*q(x);
    3 w; n7 J, ]+ ~% k$ s1 @4 b
  11.   b(1)=-1+(h/2)*p(x);
    5 b# P9 [! \' j! B/ b+ m
  12.   d(1)=-h*h*r(x)+(1+(h/2)*p(x))*af;
    # t* R  f! n7 y' F% ~8 m
  13.     for i=2:N-1
    " V+ U- n3 u' \6 V  [
  14.         x=a0+i*h;
    - j. o. j6 S& A2 ?# f6 O
  15.         a(i)=2+h*h*q(x);: t9 V7 r4 N# m( }$ a0 J* A
  16.         b(i)=-1+(h/2)*p(x);2 q. K5 i* F6 R/ h( @" j# s
  17.         c(i)=-1-(h/2)*p(x);. ^6 K8 ~; }" F- @
  18.         d(i)=-h*h*r(x);
    ' }' c7 f$ R8 H' m0 ^
  19.      end- h9 u* M) P0 \  o4 f( ^/ M
  20.      x=b0-h;
    " H! U4 |$ O8 @, l. E" q
  21.      a(N)=2+h*h*q(x);( b; G( t1 ]3 D- @* y5 f6 u
  22.      c(N)=-1-(h/2)*p(x);. q7 J  @  X# T. F
  23.      d(N)=-h*h*r(x)+(1-(h/2)*p(x))*bt;' W5 |/ G. d3 W5 _
  24.      %%%%%%%%%追赶法%%%%%%%%%%%%%%%%%%
    + {" c/ h. I( ~: ~; b$ X2 R
  25.      %y=trisys(c,a,b,d)' H- R8 ?$ ]9 B  a' k, z( Y& o
  26.      L(1)=a(1);
    5 t2 C+ k; `$ U  s; {
  27.      u(1)=b(1)/a(1);! _$ a* v# o0 f* `
  28.      for i=2:N-17 B' q; v1 h9 Z  [4 Y
  29.          L(i)=a(i)-c(i)*u(i-1);0 \# n- B, U  o/ N! z' j3 {& U$ ~
  30.          u(i)=b(i)/L(i);
    7 U- `+ l/ i2 g
  31.      end
    7 I2 O- s/ T5 Q/ ]3 A) v- a  v
  32.      L(N)=a(N)-c(N)*u(N-1);
    ' A( d) t; ]( g  C$ N
  33.      z(1)=d(1)/L(1);
    1 R, B$ H3 O. c$ Y
  34.      for i=2:N
    8 M0 B% }, B9 [2 M1 C
  35.          z(i)=(d(i)-c(i)*z(i-1))/L(i);+ ^% h8 @) F0 p7 M) a" a
  36.      end
    / U: n$ O# |+ a) L! a
  37.      y(N)=z(N);
    ! b) S2 U" V- C! q+ a! _1 U
  38.      for i=N-1:-1:19 D$ e! c% J) {
  39.          y(i)=z(i)-u(i)*y(i+1);$ ?. s: b' \) y
  40.      end
    % U1 a+ d9 k6 _! d" F" w3 [
  41.      %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
    3 x7 _* j  {1 G, h% f
  42.      Y=[af,y,bt];
    ; q6 N1 \5 m5 u  ^. I3 {5 }
  43. for i=1:N+2
    : }4 _: F3 [+ v
  44.       x=a0+(i-1)*h;$ B; t3 w. u5 I
  45.       zj(i)=1.1392070132*x-0.03920701320/x^2-3*sin(log10(x)/log10(exp(1)))/10-cos(log10(x)/log10(exp(1)))/10;
    8 Z% [0 |. \; z+ r+ y: ~  X
  46. end
    # v  J+ [3 \. U/ y( k# C# J& ]
  47. disp('下面两列分别是数值解和近似解');
    % G' ~/ ^; p& U- z. [# E" W
  48. re=[Y'      zj']
复制代码
6 \0 Q# I1 Y& f* R* i1 x4 H

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