四阶龙格-库塔法求下面系统的输出响应y(t)在 2≤t≤3 上,h=0.5时的数值解: y'=1+(t-y)²,2≤t≤3,y(2)=1 要求保留5位小数,并将结果与真解y=t+-进行比较。用MATLAB实现
时间: 2024-10-19 11:05:14 浏览: 39
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四阶龙格-库塔法是一种常用的数值积分方法,用于解决微分方程组。对于给定的一阶线性常微分方程 y'(t) = f(t, y),它能够提供较为精确的结果。但是,题目中给出的是非线性微分方程 y'=1 + (t - y)^2,所以我们需要先将其转化为一阶系统。
对于该方程,我们可以设置新的变量 z = t - y,那么 z' = 1 - z^2。现在我们有两个微分方程:y' = z + y - t 和 z' = 1 - z^2。初始条件变为 y(2) = 1 和 z(2) = 2 - 1 = 1。
接下来,在MATLAB中,你可以使用ode45函数,它是四阶龙格-库塔法的实现,来计算这个系统的数值解。以下是MATLAB代码示例:
```matlab
function dydt = fun(t, y)
% 参数
h = 0.5;
tspan = [2, 3];
% 初始化状态向量
z = t - y(1);
% 微分方程组
dydt = zeros(2, 1);
dydt(1) = z + y(1) - t; % y'
dydt(2) = 1 - z^2; % z'
end
% 初始条件
y0 = [1; 1];
% 计算数值解
[tout, yout] = ode45(@fun, tspan, y0, 'RelTol', 1e-6, 'AbsTol', 1e-6);
% 输出响应y(t)
y = yout(:, 1);
% 将结果保存到文件以供后续比较
fprintf('y values at t = %.1f: %.5f\n', tout, y);
% 比较真解y = t ±
for i = 1:length(y)
fprintf('Comparison with analytical solution: %f vs (%.1f,%.1f)\n', y(i), tout(i), tout(i) + 1);
end
```
运行此代码后,你会得到数值解`y`以及与真解`t ± 1`的对比。注意由于数值计算可能存在误差,实际结果可能不会完全等于真解,但在精度允许范围内应该非常接近。如果你想要更详细的比较或优化算法的精度,可以调整`RelTol`和`AbsTol`参数。
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