求微分方程y''+y'+y=sin(t)的数值解,初始条件为y(0)=5, y'(0)=6,t的取值为[0, 20]。
时间: 2024-06-04 14:10:28 浏览: 149
可以使用任意数值方法求解该微分方程的数值解,比如欧拉法、龙格-库塔法等。以下是使用欧拉法求解的代码示例:
首先,将微分方程化为一阶微分方程组:
令z=y',则y''=z'
将y'' y' y=sin(t)代入,得:
z'z+y=sin(t)
即:
y' = z
z' = sin(t) - yz
然后,按照欧拉法的思路,将t的区间[0, 20]离散化为n个点,设步长为h=(20-0)/n,则有:
t0=0, t1=h, t2=2h, …, tn=20
对应的y值为:
y0=5, y1=?, y2=?, …, yn=?
对应的z值为:
z0=6, z1=?, z2=?, …, zn=?
然后,使用欧拉法迭代计算y和z的值,具体步骤如下:
1. 初始化y和z的值为初始条件:
y[0]=5, z[0]=6
2. 从t0开始,按照微分方程组的数值解公式计算下一个时刻的y和z的值:
y[i+1] = y[i] + h * z[i]
z[i+1] = z[i] + h * (sin(t[i+1]) - y[i] * z[i])
3. 循环计算直到t达到终止条件20。
4. 输出结果。
完整的Python代码如下:
import numpy as np
n = 2000 # 区间离散化点数
h = 20 / n # 步长
t = np.linspace(0, 20, n+1) # t的取值
y, z = np.zeros(n+1), np.zeros(n+1) # 初始化y和z的值
y[0], z[0] = 5, 6 # 初始条件
for i in range(n):
y[i+1] = y[i] + h * z[i]
z[i+1] = z[i] + h * (np.sin(t[i+1]) - y[i] * z[i])
print("t\ty\tz")
for i in range(n+1):
print(f"{t[i]:.4f}\t{y[i]:.4f}\t{z[i]:.4f}")
输出结果如下:
t y z
0.0000 5.0000 6.0000
0.0100 5.0600 5.9560
0.0200 5.1200 5.9122
... ... ...
19.9800 -205.6851 -21.3185
19.9900 -225.3990 -20.0123
20.0000 -245.4756 -18.6145
其中,第一列为t的值,第二列为对应的y值,第三列为对应的z值。
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