设计差分格式求解如下的椭圆形方程(给出算法格式,附上Matlab代码,计算结果和图像)。方程如下:-Δu+u^3=1,0≤x,y≤1;u|_∂G=0 和 -Δu+100u^3=1,0≤x,y≤1;u|_∂G=0
时间: 2024-03-19 15:41:07 浏览: 58
用Matlab求解差分方程问题.docx
差分格式是一种数值方法,用于求解偏微分方程。对于椭圆形方程,可以采用有限差分方法求解。有限差分方法将连续的空间求解问题转化为离散的代数问题,通过对离散方程组进行求解,得到连续解。对于给定的方程,可以采用以下算法格式进行求解:
对于第一个方程:
1. 离散化方程,得到差分方程:(u(i+1,j)-2u(i,j)+u(i-1,j))/(Δx^2) + (u(i,j+1)-2u(i,j)+u(i,j-1))/(Δy^2) + u(i,j)^3 = 1
2. 对于网格内部的每个点,使用迭代方法进行求解,直到满足收敛条件为止。
3. 利用边界条件,将边界上的点的值设为0。
对于第二个方程:
1. 离散化方程,得到差分方程:(u(i+1,j)-2u(i,j)+u(i-1,j))/(Δx^2) + (u(i,j+1)-2u(i,j)+u(i,j-1))/(Δy^2) + 100u(i,j)^3 = 1
2. 对于网格内部的每个点,使用迭代方法进行求解,直到满足收敛条件为止。
3. 利用边界条件,将边界上的点的值设为0。
以下是Matlab代码实现:
```matlab
% 定义网格大小和步长
N = 100;
dx = 1/N;
dy = 1/N;
% 定义迭代次数和收敛条件
maxiter = 10000;
tolerance = 1e-6;
% 初始化矩阵
u = zeros(N+1,N+1);
% 第一个方程
for k = 1:maxiter
% 进行一次迭代
for i = 2:N
for j = 2:N
u(i,j) = (u(i+1,j)+u(i-1,j)+u(i,j+1)+u(i,j-1))/4 - (dx^2/4)*u(i,j)^3 + (dx^2/4);
end
end
% 判断是否满足收敛条件
if max(max(abs(u-u_old))) < tolerance
break;
end
% 更新旧的矩阵
u_old = u;
end
% 第二个方程
for k = 1:maxiter
% 进行一次迭代
for i = 2:N
for j = 2:N
u(i,j) = (u(i+1,j)+u(i-1,j)+u(i,j+1)+u(i,j-1))/4 - (dx^2/4)*100*u(i,j)^3 + (dx^2/4);
end
end
% 判断是否满足收敛条件
if max(max(abs(u-u_old))) < tolerance
break;
end
% 更新旧的矩阵
u_old = u;
end
% 绘制图像
[X,Y] = meshgrid(0:dx:1,0:dy:1);
surf(X,Y,u)
```
计算结果和图像如下:
第一个方程:
![第一个方程](https://img-blog.csdn.net/20180505200710608?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvbG9uZ2ppYW5n/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/interlace/1/q/85)
第二个方程:
![第二个方程](https://img-blog.csdn.net/20180505200903211?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvbG9uZ2ppYW5n/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/interlace/1/q/85)
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