通过数值积分和符号积分计算函数的定积分

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MATLAB代码展示了如何通过数值积分和符号积分计算函数的定积分，并对不同步长的数值积分结果进行比较。以下是逐步解析：
) \% P$ q" {1 v. N" O
$ E; ]0 I2 K7 ^( P7 o3 [### 1. 创建自变量和函数
```matlab
x = [0:0.01:3*pi/2, 3*pi/2];  % 包含 3π/2 这一点
: T+ u& `; o$ g8 Z3 u* Q4 g3 h: ^y = cos(15*x);
" j9 |: v4 L- g, K6 Splot(x, y)                     % 绘制 y = cos(15*x) 的图形
```
; n% f" O% O# {2 P- `x` 创建了一个从 0 到 \( \frac{3\pi}{2} \) 的向量，并确保 \( \frac{3\pi}{2} \) 这个点被包含在内。
8 }0 Q- A" \$ U% Y# n) U- `y` 计算了在 `x` 每个点上的 `cos(15*x)` 值。
- 使用 `plot(x, y)` 绘制了函数 `y = cos(15*x)` 的图形。

8 {) p: r" Q: ?. ]### 2. 计算理论值
. }  O% E' x! A# l5 ?/ n! t```matlab
9 B' R/ S% }" j4 E6 dsyms x, A = int(cos(15*x), 0, 3*pi/2);   % 使用符号积分求取定积分
4 Q; ]' X  |9 h. x7 {" @' r```
6 A7 G$ W' e9 c$ o, A- `syms x` 定义符号变量 `x`。
# g! H) U; p# S: Z- `int(cos(15*x), 0, 3*pi/2)` 计算 `cos(15*x)` 从 0 到 \( \frac{3\pi}{2} \) 的定积分 `A`，这个结果为理论值。
3 f8 t, F$ X* O1 g
, `! b- L' D" [# `; Y( j### 3. 定义步长并进行数值积分
```matlab
h0 = [0.1, 0.01, 0.001, 0.0001, 0.00001, 0.000001];
" U1 g2 z/ L1 ~v = [];
for h = h0,
8 j' z. V) W4 x7 s    x = [0:h:3*pi/2, 3*pi/2];
. U2 K; w9 V. f0 I9 _3 {; t    y = cos(15*x);
  {8 ^2 Q; P6 V. M/ l    I = trapz(x, y);            % 使用梯形法进行数值积分
1 `/ \, _* O6 n  o4 P    v = [v; h, I, 1/15 - I];    % 将步长、数值积分结果和错误存储到 v 中
' d5 [, j) i- P" n$ mend
```
- `h0` 是一个数组，包含了不同的步长值，用于进行数值积分。
! i- T; W  |' ~1 E  {- `v = []` 初始化一个空数组 `v`，用于存储每种步长的结果。
- 对于每个步长 `h`，代码：
  G! L0 k8 j& g+ K! d  - 创建新的 `x` 向量，从 0 到 \( \frac{3\pi}{2} \)，步长为 `h`，并确保包含 \( \frac{3\pi}{2} \)。
  - 计算 `y = cos(15*x)`。
% q- c2 L( ^  H- p" _, D" U  - 使用 `trapz(x, y)` 进行数值积分，得到的结果存储在 `I` 中。
  - 将当前步长 `h`、计算得到的数值积分 `I` 和与理论值 \( \frac{1}{15} \) 的误差 \( 1/15 - I \) 存储到 `v` 中。

" |2 u* p% P9 d) [  ^- ^### 总结
这段代码通过图形显示、符号积分和数值积分来综合比较结果，展示了函数 `y = cos(15*x)` 的行为。通过不同的步长进行数值积分，并对结果与理论值进行比较，可以分析数值积分的精度随步长变化的情况。这是一种在数值分析中检验数值方法有效性的常见手段。
8 d2 k, g! Q( M! u. w6 d2 t
) w" M6 D, }: u1 X" A% B