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二阶和四阶的泰勒展开法(Taylor's method)来数值求解常微分方程初值问题

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发表于 2023-12-31 17:55 |只看该作者 |倒序浏览
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这段 MATLAB 代码实现了使用二阶和四阶的泰勒展开法(Taylor's method)来数值求解常微分方程初值问题,并将结果与精确解进行比较。以下是代码的主要解释:5 B! }0 w5 X! W
function y = Taylor(a, b, N, af)
/ W* F; W. U0 w1 M    h = (b - a) / N;
. h. W4 B; ?: `% t3 y' R    x(1) = a;8 B+ m0 h. z  v, r
    y2(1) = af;/ g1 A: @( N. Z& _! ^. R3 I( |; w0 s
    y4(1) = af;
8 i* b/ H" }* g; S    jqj(1) = af;8 R4 z5 u- a1 L* R1 W$ Z: L
( g* s' `  j6 {9 ~, U% M
    for i = 2:N
6 h1 c7 a7 d; o, P. h) f        % 二阶Taylor法
& ?: o" r0 S. f% k: X0 W" ?        y2(i) = y2(i-1) + h * ((1 - h/2) * (x(i-1) - y2(i-1)) + 1);
9 t) h; V- [+ z( A
* d$ S5 I9 U2 f' A        % 四阶Taylor法
( u& Q8 x, ^2 a' Q" ?        y4(i) = y4(i-1) + h * ((1 - h/2 + h^2/6 - h^3/24) * (x(i-1) - y4(i-1)) + 1);
  l. G/ ]' A. q" Z0 u! H. Z! ?) F3 W' t2 G
        x(i) = a + (i-1) * h;
2 a6 R1 K0 ]4 B7 ~/ v- ^        jqj(i) = x(i) + exp(-x(i));% |+ k% T+ k8 ^$ g$ O& U
    end: @) S' z1 g6 P
5 b2 S4 b. {7 a* v1 z0 @
    % 将结果输出为矩阵形式1 X* K! I0 `  {9 h
    result = [x', y2', y4', jqj'];
, R) K# F/ \' \% j/ R! K# G8 T1 y) d5 s) I2 Q
    % 绘制曲线
  @  F6 {; C* ^0 f    plot(x, y2, 'r', x, y4, 'b', x, jqj, 'g');* M" l. B1 E' p1 K
    legend('Taylor2法', 'Taylor4法', '精确解');: x7 ?) \1 ^+ x  [3 ?4 p3 M# u# Z
end
+ I/ x( V- o: K4 ?) x3 D7 B
& v. A+ R6 N( E- M9 k( b9 i该函数的输入参数包括求解区间 [a, b]、步数 N 以及初始条件 af。函数使用二阶和四阶的泰勒展开法来逐步求解微分方程。最后,结果以矩阵形式输出,并绘制了二阶Taylor法、四阶Taylor法和精确解的曲线。
! Y4 u5 z9 A8 g8 M你可以调用这个函数,例如 Taylor(0, 1, 100, 1),其中参数表示解在区间 [0, 1] 上,步数为 100,初始条件为 1。
7 k! x% _8 A& Q6 I, x8 U  F
/ b/ I& D  N- x( n4 M4 V( j; L; J4 U) @! c* Z: n
zan
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