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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:
6 `2 ]5 f, m2 i: ifunction y = Taylor(a, b, N, af)
# t7 s+ Y" c: W    h = (b - a) / N;
' g$ `' Z$ H& s1 x' Z+ U" h8 @    x(1) = a;* D  W' y5 m' x
    y2(1) = af;
" Y% r. ?5 k* ^$ P% Q0 @    y4(1) = af;+ O+ w- P: r" R
    jqj(1) = af;! r1 X0 e$ e# r* ^
; j7 l+ _: f2 h1 D
    for i = 2:N
) S) T" a, }$ f$ c6 N6 q        % 二阶Taylor法
; g) K& X# A( n; f# u) C        y2(i) = y2(i-1) + h * ((1 - h/2) * (x(i-1) - y2(i-1)) + 1);
$ c' D$ X! d1 Z2 ^# d$ r
- t3 w' n1 }6 U' E        % 四阶Taylor法' O. {/ O9 \& j/ B# f
        y4(i) = y4(i-1) + h * ((1 - h/2 + h^2/6 - h^3/24) * (x(i-1) - y4(i-1)) + 1);# S4 r- x# N2 e8 k3 U

2 n6 E# f. R* Y1 L7 p, p        x(i) = a + (i-1) * h;
% ^: j4 }4 D4 g6 Y- E2 ]        jqj(i) = x(i) + exp(-x(i));) h" s' @2 a2 \- t
    end! S3 V7 d& z/ [5 U# T7 R: ?! [/ D
6 y1 |0 ^% e; f. }+ c0 R
    % 将结果输出为矩阵形式) d8 U8 t4 Q/ ]1 k0 y: n% [
    result = [x', y2', y4', jqj'];
5 `' u, X9 N2 ^6 r  b# |: C+ c
" j* q: Z. l) h# M- m5 `& ~    % 绘制曲线/ }  Q6 J! f0 n* h! A- C
    plot(x, y2, 'r', x, y4, 'b', x, jqj, 'g');
& x, E) G  Z8 S    legend('Taylor2法', 'Taylor4法', '精确解');
, \3 l5 y6 w* g) ~$ Aend
6 v0 _3 J* i" q! Y% A2 K- ~! f2 W7 M* d8 D; f
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。- O5 M2 y6 F* O
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。+ r7 ^+ d* H) T. q- G2 y. }. {

. H" L# L  q% B4 d, d+ i) L+ J- t; R( N+ E7 e- j4 o; O' P0 v9 O
zan
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