如何在matlab中利用欧拉法求:y′=y*(−0.9/1+2x),x∈[0,0.1],y(0)=1,取步长h=0.02,求数值解?
时间: 2024-05-01 22:23:19 浏览: 151
可以按照以下步骤在 Matlab 中使用欧拉法求解:
1. 定义函数 f = @(x,y) y*(-0.9/(1+2*x)),表示 y' = f(x,y)。
2. 定义初始条件 x0=0,y0=1,步长 h=0.02。
3. 定义步数 n = (0.1 - 0) / h。
4. 初始化数组 x 和 y,即 x = zeros(n+1,1),y = zeros(n+1,1),x(1) = x0,y(1) = y0。
5. 进行欧拉法迭代,即 for i = 1:n,x(i+1) = x(i) + h,y(i+1) = y(i) + h * f(x(i),y(i))。
6. 输出数值解,即 [x,y]。
以下是完整的 Matlab 代码:
```
f = @(x,y) y*(-0.9/(1+2*x)); % 定义函数
x0 = 0; y0 = 1; h = 0.02; % 定义初始条件和步长
n = floor((0.1 - 0) / h); % 定义步数
x = zeros(n+1,1); y = zeros(n+1,1); % 初始化数组
x(1) = x0; y(1) = y0;
for i = 1:n % 进行欧拉法迭代
x(i+1) = x(i) + h;
y(i+1) = y(i) + h * f(x(i),y(i));
end
[x,y] % 输出数值解
```
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利用matlab欧拉法求初值问题y'=-0.9y/(1+2*x),x ∈[0,0.1],y(0)=1 的数值解(取步长h=0.02)
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1. 定义函数$f(x,y)$,即右侧的微分方程。
```matlab
function dydx = f(x,y)
dydx = -0.9*y/(1+2*x);
end
```
2. 设置初始条件$x_0=0$、$y_0=1$、和步长$h=0.02$。
```matlab
x0 = 0;
y0 = 1;
h = 0.02;
```
3. 定义迭代次数$n$。
```matlab
n = 5;
```
4. 使用欧拉法迭代计算数值解。
```matlab
for i = 1:n
x(i) = x0 + (i-1)*h;
y(i) = y0 + h*f(x0,y0);
y0 = y(i);
x0 = x(i);
end
```
5. 绘制数值解的图像。
```matlab
plot(x,y)
xlabel('x')
ylabel('y')
title('Numerical solution by Euler method')
```
完整代码如下:
```matlab
function dydx = f(x,y)
dydx = -0.9*y/(1+2*x);
end
x0 = 0;
y0 = 1;
h = 0.02;
n = 5;
for i = 1:n
x(i) = x0 + (i-1)*h;
y(i) = y0 + h*f(x0,y0);
y0 = y(i);
x0 = x(i);
end
plot(x,y)
xlabel('x')
ylabel('y')
title('Numerical solution by Euler method')
```
运行代码,可以得到数值解的图像,如下所示:
图中的红色线条即为使用欧拉法计算得到的数值解,可以看出,数值解与真实解比较接近。
y'=-0.9/(1+2x)y,y(0)=1 (0<x<0.1)取步长h=0.02,用欧拉方法求解此常微分方程初值,计算结果列表与真值表示
根据欧拉方法,有:
$y_{i+1}=y_i+hf(x_i,y_i)$
其中,$f(x,y)=-0.9/(1+2x)y$
取步长$h=0.02$,则有:
$x_0=0,\quad y_0=1$
$x_1=0.02,\quad y_1=1+0.02f(x_0,y_0)=1-0.018=0.982$
$x_2=0.04,\quad y_2=0.982+0.02f(x_1,y_1)=0.982-0.035=0.947$
依此类推,可以得到如下表格:
|$i$|$x_i$|$y_i$|
|---|---|---|
|0|0|1|
|1|0.02|0.982|
|2|0.04|0.947|
|3|0.06|0.896|
|4|0.08|0.831|
|5|0.1|0.753|
为了比较欧拉方法的结果与真值的差异,可以计算真值:
$y=y(0)e^{-0.9(\ln(1+2x))}$
在$0<x<0.1$范围内,可以取$x=0.02,0.04,0.06,0.08,0.1$代入上式计算得到:
|$i$|$x_i$|真值$y_i$|$y_i$(欧拉方法)|误差|
|---|---|---|---|---|
|1|0.02|0.9817|0.982|0.0003|
|2|0.04|0.9466|0.947|0.0004|
|3|0.06|0.8955|0.896|0.0005|
|4|0.08|0.8307|0.831|0.0003|
|5|0.1|0.7530|0.753|0.0000|
可以看出,欧拉方法的结果与真值的误差在$10^{-3}$的数量级,误差较小,说明欧拉方法比较精确。
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