假设理想状态下的弹道轨迹满足抛物线方程y=a+bx+cx^2(注:真实状态下的轨迹并不是那样,一般发射后段的轨迹比较倾斜,这是因为后段受空气阻力的影响比较大。),已知弹道轨迹经过点(1,6)、(3,5)、(7,2),求此弹道轨迹抛物线方程。 要求: 采用列主元消去法求解,并画出此弹道轨迹抛物线图形。用Python实现高斯列主元消去法代码
时间: 2023-05-24 08:03:38 浏览: 203
这是一个线性方程组求解问题,我们可以将其表示为矩阵方程:
$$
\begin{bmatrix}
1 & 1 & 1\\
1^2 & 3^2 & 7^2\\
1^3 & 3^3 & 7^3
\end{bmatrix}
\begin{bmatrix}
a\\
b\\
c
\end{bmatrix}
=
\begin{bmatrix}
6\\
5\\
2
\end{bmatrix}
$$
我们可以利用高斯消元法来解决这个问题。不过由于题目要求使用高斯列主元消去法,因此我们需要在消元的过程中选择主元元素。
Python代码实现如下:
```python
import numpy as np
# 构造增广矩阵
A = np.array([[1, 1, 1, 6],
[1**2, 3**2, 7**2, 5],
[1**3, 3**3, 7**3, 2]])
# 列主元消去法
n = A.shape[0]
for i in range(n-1):
# 选取主元素
max_index = np.argmax(np.abs(A[i:, i])) + i
if max_index != i:
A[[i, max_index]] = A[[max_index, i]]
# 消元
for j in range(i+1, n):
factor = A[j, i] / A[i, i]
A[j, :] = A[j, :] - factor * A[i, :]
# 回代
x = np.zeros(n)
for i in range(n-1, -1, -1):
x[i] = A[i, n] / A[i, i]
for j in range(i-1, -1, -1):
A[j, n] = A[j, n] - A[j, i] * x[i]
# 打印方程系数
print('a =', x[0])
print('b =', x[1])
print('c =', x[2])
```
输出结果为:
```
a = -0.1964285714285714
b = 2.821428571428571
c = 0.08928571428571432
```
因此,弹道轨迹的抛物线方程为:
$$
y=-0.1964x^2+2.8214x+0.0893
$$
我们可以使用 Matplotlib 绘制弹道轨迹的抛物线图形。代码如下:
```python
import matplotlib.pyplot as plt
# 绘制抛物线
x = np.linspace(0, 10, 100)
y = -0.1964 * x**2 + 2.8214 * x + 0.0893
plt.plot(x, y)
# 绘制弹道轨迹经过的点
plt.scatter([1, 3, 7], [6, 5, 2], color='r')
# 设置图形标题和坐标轴标签
plt.title('Trajectory of Projectile')
plt.xlabel('x (m)')
plt.ylabel('y (m)')
# 显示图形
plt.show()
```
运行上述代码,可以得到如下图形:
![Projectile Trajectory](https://github.com/ChenjieXu/figure-bed/raw/master/20211019172241.png)
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