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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。
! [4 |: Z% C' K# [6 `以下是代码的简要解释:
! F$ _9 o v0 I5 P: ?6 Z' q% J d0 Q/ Z2 I5 M9 a/ ~+ Z7 s
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。
$ k0 V' B$ J8 H0 C' z2.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。
: y7 _7 D! t" O" H; `8 V+ x. S3.基于微分方程的有限差分离散化,计算了系数 a、b、c 和 d。: k2 M5 ~7 f- \8 b# t" c! e& W- D
4.使用托马斯算法(或追赶法)解决了三对角方程组。5 S9 Q+ ?& A" k1 W$ T, X6 v. Z
5.将结果与由数组 zj 表示的解析解进行了比较。
& d0 T" f& P" W) ]% O+ `6 S1 N( F, @6.将数值解和解析解并排显示,以便比较。- p=inline('-2/x');8 R% P2 K+ M4 y9 d, ]5 i/ G# Q
- q=inline('2/x^2');+ [/ P9 y( ~. a$ N& {; B# [
- r=inline('sin(log10(x)/log10(exp(1)))/x^2');3 Q: ?& p! s( V' \. `
- N=9;6 d( d\" L$ }) ` ]6 Z
- a0=1;b0=2;
+ I( v3 G$ ^* O% N, @ - af=1;bt=2;& q8 {& N9 i) `' ~
- %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
4 h1 p2 @& x; O* i2 O( \ - h=(b0-a0)/(N+1);
# R2 \$ w9 A* \2 h% p o8 W - x=a0+h;+ H. n. p6 G; A+ g& ?
- a(1)=2+h*h*q(x);- U' I) d {$ U' a! N/ F- e# w% J
- b(1)=-1+(h/2)*p(x);
1 {* m- w+ S/ L5 u\" l/ X! X9 \ - d(1)=-h*h*r(x)+(1+(h/2)*p(x))*af;
1 \3 c; I& P: \; K [9 Z! X - for i=2:N-1- p! e! q6 \5 k6 O2 I6 s! s
- x=a0+i*h;
9 [6 g7 E% X0 v, N' \ - a(i)=2+h*h*q(x);
/ \1 D: m$ n! Y) x/ L8 y1 J - b(i)=-1+(h/2)*p(x);
\" v0 |5 w; z: O5 f/ O3 @ - c(i)=-1-(h/2)*p(x);
0 Q( r( R/ V7 E1 M b; R - d(i)=-h*h*r(x);6 t' S# {# A; R) ~, _3 U
- end
\" a% s9 c8 `\" \2 N - x=b0-h;1 Q2 S$ Q7 t\" m1 ^8 m/ W0 G
- a(N)=2+h*h*q(x);
& R8 }) t$ G\" C+ Y: s - c(N)=-1-(h/2)*p(x);4 u; c2 _* {, F7 H
- d(N)=-h*h*r(x)+(1-(h/2)*p(x))*bt;
2 ?2 |* A; N1 g# s6 T9 V- J# @$ X - %%%%%%%%%追赶法%%%%%%%%%%%%%%%%%%5 }& k\" u5 o6 {7 {3 m$ m8 _2 O
- %y=trisys(c,a,b,d)
2 i! U/ m' h# h, H: A } - L(1)=a(1);
( s% d$ r& ^\" w8 Q - u(1)=b(1)/a(1);3 l) Y# T; s/ q! B9 B
- for i=2:N-1
/ E8 e, V; R3 O) t9 Y - L(i)=a(i)-c(i)*u(i-1);
; s3 u+ ^$ q7 `' Y% R( j - u(i)=b(i)/L(i);
% f0 _4 \0 s4 g& m, c2 C) G - end
; H+ y$ i$ G( L- U' J: v - L(N)=a(N)-c(N)*u(N-1);2 ^6 p0 [2 k- N5 \
- z(1)=d(1)/L(1);8 m2 K \5 `1 x
- for i=2:N
/ N9 |! V, i e# P5 M - z(i)=(d(i)-c(i)*z(i-1))/L(i);
e y U, t\" r8 D - end
/ e5 F8 L0 z% Z# k - y(N)=z(N);
# [1 L$ s( }% v1 H# t: R - for i=N-1:-1:1
0 \9 S/ i$ [ h0 V5 S+ d - y(i)=z(i)-u(i)*y(i+1);
$ l6 K7 d0 y( b) B - end; L9 C, ?7 J( _
- %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
* D7 `- b2 t. U# _; u - Y=[af,y,bt];
7 N2 ^\" q4 U( H# X - for i=1:N+2
7 j# o4 V, R$ J8 Z' }% ]+ g - x=a0+(i-1)*h;
l$ |1 A* X- O- i$ B2 E+ n; E) j - zj(i)=1.1392070132*x-0.03920701320/x^2-3*sin(log10(x)/log10(exp(1)))/10-cos(log10(x)/log10(exp(1)))/10;: |% m/ {$ \- w* u. X7 A+ ]& Z4 J1 w
- end+ u# o. E Q5 O& `
- disp('下面两列分别是数值解和近似解');
3 O r; `\" L3 }2 d - re=[Y' zj']
复制代码 & E4 w7 D3 i; `* O# b$ ?
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