MATLAB: ode45 求解常微分方程
创始人
2024-12-01 06:35:24
0次

引入

ode45 是 MATLAB 中用于求解非刚性常微分方程(ODE)的数值方法。它基于 Runge-Kutta 方法,并具有自适应步长调整机制,能够在一定误差控制范围内高效地计算 ODE 的数值解。

下面我们通过这个包含详细注释的代码,一起学习一下这个函数的使用:

使用 ode45 求解非线性常微分方程并绘制数值解与精确解对比图

方程模型

我们考虑以下非线性常微分方程:

y ′ ′ = − y ′ + cos ⁡ ( t ) − 3 sin ⁡ ( t ) y'' = -y' + \cos(t) - 3 \sin(t) y′′=−y′+cos(t)−3sin(t)

##初始条件

选择初始条件:
y ( 0.1 ) = cos ⁡ ( 0.1 ) + 2 sin ⁡ ( 0.1 ) y(0.1) = \cos(0.1) + 2 \sin(0.1) y(0.1)=cos(0.1)+2sin(0.1)
y ′ ( 0.1 ) = − sin ⁡ ( 0.1 ) + 2 cos ⁡ ( 0.1 ) y'(0.1) = -\sin(0.1) + 2 \cos(0.1) y′(0.1)=−sin(0.1)+2cos(0.1)

使用 ode45 求解 ODE

以下是使用 ode45 求解该方程的 MATLAB 代码,并绘制数值解与精确解的对比图:

% 定义非线性ODE,以下是不同的ODE定义 % ode = @(t, y) [y(2); (f  + y(2).^2 / 2 - 2 * mu .* y(2) ./ (rho .* y(1)) + sig ./ (rho * y(1)) - aB .* y(2).^2 ) ./ (aB * y(1))]; % ode = @(t, y) [y(2); (f + y(2).^2 / 2 - aB .* y(2).^2)];  % 当前使用的ODE定义 ode = @(t, y) [y(2); (-y(2) + cos(t) - 3 * sin(t))];  % 设定初始条件 x0 = 0.1;                      % 初始时间 drealu = @(t) -sin(t) + 2 * cos(t);   % 实际解的导数 realu = @(t) cos(t) + 2 * sin(t);     % 实际解 initial_conditions = [realu(x0); drealu(x0)];  % 初始条件向量  % 定义求解区间 tspan = [x0 10];  % 从初始时间到10的时间区间  % 使用ode45求解ODE [t, y] = ode45(ode, tspan, initial_conditions);  % 绘制数值解 figure; plot(t, y(:, 1), 'o-'); title('numerical solution'); xlabel('time (t)'); ylabel('solution (y(t))'); grid on;  % 绘制实际解 figure; plot(t, realu(t), 'o-'); title('real solution'); xlabel('time (t)'); ylabel('solution (y(t))'); grid on;  

我们画出数值解与精确解对比图:

在这里插入图片描述
效果不错!

再看一个例子

使用 ode45 求解常微分方程并绘制数值解与精确解对比图

方程模型

我们考虑以下二阶常微分方程:
y ′ ′ + y = 0 y'' + y = 0 y′′+y=0

这个方程的精确解为:
y ( t ) = A cos ⁡ ( t ) + B sin ⁡ ( t ) y(t) = A \cos(t) + B \sin(t) y(t)=Acos(t)+Bsin(t)

初始条件

选择初始条件:
y ( 0 ) = 1 y(0) = 1 y(0)=1
y ′ ( 0 ) = 0 y'(0) = 0 y′(0)=0

根据初始条件,精确解可以写为:
y ( t ) = cos ⁡ ( t ) y(t) = \cos(t) y(t)=cos(t)

使用 ode45 求解 ODE

以下是使用 ode45 求解该方程的 MATLAB 代码,并绘制数值解与精确解的对比图:

% 定义ODE ode = @(t, y) [y(2); -y(1)];  % 初始条件 y0 = [1; 0]; % y(0) = 1, y'(0) = 0  % 定义求解区间 tspan = [0 10];  % 使用ode45求解ODE [t, y] = ode45(ode, tspan, y0);  % 定义精确解 exact_solution = @(t) cos(t);  % 绘制数值解与精确解对比图 figure; plot(t, y(:, 1), 'o-', 'DisplayName', 'Numerical Solution'); % 数值解 hold on; fplot(exact_solution, [0 10], 'r-', 'DisplayName', 'Exact Solution'); % 精确解 title('Comparison of Numerical Solution and Exact Solution'); xlabel('time (t)'); ylabel('solution (y(t))'); legend; grid on; hold off; 

画出数值解与精确解对比图:在这里插入图片描述

Good!

相关内容

热门资讯

实测交流透视挂!宝玛大厅ai智... 实测交流透视挂!宝玛大厅ai智能透视挂教程,宝玛大厅破解软件经验(本来有挂辅助)1、每一步都需要思考...
总算了解辅助器!朱雀吴江三缺一... 总算了解辅助器!朱雀吴江三缺一ai智能透视辅助挂技巧,朱雀吴江三缺一好像是有挂(有辅助挂细节)朱雀吴...
今日公布透视!九五至尊大厅ai... 今日公布透视!九五至尊大厅ai智能透视插件,九五至尊大厅有没有透视挂窍门(切实有挂技术)1、在九五至...
玩家必看科普开挂!聚闲麻将ai... 玩家必看科普开挂!聚闲麻将ai智能透视辅助挂软件,聚闲麻将总是真的有挂(有辅助挂方式)聚闲麻将能透视...
据报道开挂!旅游娱乐ai智能开... 据报道开挂!旅游娱乐ai智能开挂工具,旅游娱乐辅助工具演示(一直有挂教学)1、全新机制【旅游娱乐ai...
一分钟揭秘开挂!决胜朋来麻将a... 一分钟揭秘开挂!决胜朋来麻将ai智能透视辅助挂教程,决胜朋来麻将真是真的是有挂(有辅助挂总结)1、首...
如何分辨真伪透视!红牛ai智能... 如何分辨真伪透视!红牛ai智能透视攻略,红牛是不是有挂经验(真是有挂技术)1、操作简单,无需红牛手机...
2分钟细说辅助器!江湖大庆麻将... 2分钟细说辅助器!江湖大庆麻将ai智能透视辅助挂攻略,江湖大庆麻将竟然是真的有挂(有辅助挂头条)1、...
总算清楚透视挂!老夫子厅ai智... 总算清楚透视挂!老夫子厅ai智能透视挂技巧,老夫子厅怎么开挂课程(好像发现有挂)老夫子厅破解侠是真的...
解密关于辅助!菜鸟麻将ai智能... 解密关于辅助!菜鸟麻将ai智能透视辅助挂脚本,菜鸟麻将总是存在有挂(有辅助挂存在)1、用户打开应用后...