matlab语言,实现经典四节龙格库塔法,求解一阶常微分方程组初值问题的数值解,并举例
时间: 2023-08-28 08:03:40 浏览: 124
基于Matlab实现四阶龙格库塔法求解常微分方程组(源码+说明).rar
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好的,以下是 MATLAB 代码实现经典四阶龙格库塔法(RK4)求解一阶常微分方程组初值问题的数值解的示例:
```matlab
function [t, y] = rk4(f, tspan, y0, h)
% RK4 - Classic fourth-order Runge-Kutta method
% [T, Y] = RK4(F, [T0 TFINAL], Y0, H) with T0 and TFINAL in seconds,
% Y0 a row vector with initial values of the dependent variables,
% and H the step size returns a row vector T and a matrix Y where
% Y(i, :) contains the values of the dependent variables at time T(i).
% The function F(T, Y) must return a column vector.
t0 = tspan(1);
tfinal = tspan(2);
t = (t0 : h : tfinal)';
nt = length(t);
ny = length(y0);
y = zeros(nt, ny);
y(1, :) = y0;
for i = 2 : nt
k1 = f(t(i - 1), y(i - 1, :)')';
k2 = f(t(i - 1) + h / 2, y(i - 1, :)' + h / 2 * k1')';
k3 = f(t(i - 1) + h / 2, y(i - 1, :)' + h / 2 * k2')';
k4 = f(t(i - 1) + h, y(i - 1, :)' + h * k3')';
y(i, :) = y(i - 1, :) + h / 6 * (k1 + 2 * k2 + 2 * k3 + k4);
end
end
```
下面是一个使用该函数求解一阶常微分方程组的示例:
```matlab
% Example: y'' + 2y' + 5y = 0, y(0) = 1, y'(0) = 0
f = @(t, y) [y(2); -2 * y(2) - 5 * y(1)];
tspan = [0 10];
y0 = [1 0];
h = 0.01;
[t, y] = rk4(f, tspan, y0, h);
plot(t, y(:, 1));
title("y'' + 2y' + 5y = 0, y(0) = 1, y'(0) = 0");
xlabel("t");
ylabel("y");
```
该示例中,我们定义了一个匿名函数 `f`,它返回一个列向量,其中第一个元素是 $y_1$ 的导数,第二个元素是 $y_2$ 的导数。然后我们调用 `rk4` 函数求解该初值问题,并用 `plot` 函数绘制出 $y_1$ 随时间变化的曲线。
注:在实际使用 RK4 方法求解常微分方程组时,需要注意选取合适的步长 `h`,过大或过小的步长都会影响数值解的精度和稳定性。
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