举一个线性方程组的例子,并用构造法解题
时间: 2024-05-07 14:18:42 浏览: 10
假设我们要解以下的线性方程组:
```
2x + 3y = 8
4x - 5y = -7
```
构造法是一种直观易行的解法,其基本思想是通过对方程组进行变形,得到一个方程中只含有一个未知数的形式,然后代入另一个方程中求解未知数。下面是具体的步骤:
1. 将第一行乘以 4,第二行乘以 2,得到等价的方程组:
```
8x + 12y = 32
8x - 10y = -14
```
2. 将第二个方程两边同时加上第一个方程,得到:
```
16y = 18
```
3. 解出 y:
```
y = 18/16 = 9/8
```
4. 将得到的 y 带入任意一个原方程中,求解 x:
```
2x + 3y = 8
2x + 3(9/8) = 8
2x = 8 - (27/8)
2x = 17/8
x = 17/16
```
因此,该线性方程组的解为:
```
x = 17/16, y = 9/8
```
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$$
y'' + 2y' + 5y = \cos(t)
$$
其中 $y$ 是关于 $t$ 的函数。我们可以通过将其转化为一个一阶向量形式的方程来求解:
$$
\begin{pmatrix}
y_1 \\ y_2
\end{pmatrix}' =
\begin{pmatrix}
y_2 \\ -2y_2 - 5y_1 + \cos(t)
\end{pmatrix}
$$
其中 $y_1 = y$,$y_2 = y'$。这个方程可以使用 MATLAB 的 `ode45` 函数求解,代码如下:
```matlab
function dydt = myodefun(t, y)
dydt = [y(2); -2*y(2) - 5*y(1) + cos(t)];
end
tspan = [0, 10];
y0 = [0; 0];
[t, y] = ode45(@myodefun, tspan, y0);
plot(t, y(:,1));
xlabel('t');
ylabel('y');
title('Solution of y'''' + 2y'' + 5y = cos(t)');
```
这个代码定义了一个函数 `myodefun`,这个函数返回一个向量,表示 $y_1$ 和 $y_2$ 的一阶导数。然后使用 `ode45` 函数求解这个方程,并绘制出 $y$ 随时间变化的图像。注意到 `ode45` 函数的第一个参数是一个函数句柄(即函数名前面加一个 `@` 符号),表示传入的函数是一个函数句柄。
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3. 初始化解向量 x0,设置迭代次数 k,容差 tol。
4. 进行 k 次迭代,每次更新解向量 xk,直到满足停止条件:
1. 计算误差向量 e=Axk-b;
2. 如果 ||e||<tol,则停止迭代;
3. 否则,计算更新向量 dk=(-D)^(-1)(L+U)xk+D^(-1)b,更新解向量 xk+1=xk+dk。
5. 返回解向量 xk+1。
代码实现:
```python
import numpy as np
def jacobi(A, b, x0, k, tol):
n = A.shape[0]
D = np.diag(np.diag(A))
L = -np.tril(A, -1)
U = -np.triu(A, 1)
for i in range(k):
e = A.dot(x0) - b
if np.linalg.norm(e) < tol:
break
d = np.linalg.inv(D).dot(L+U).dot(x0) + np.linalg.inv(D).dot(b)
x0 = x0 + d
return x0
```
其中,A、b、x0 分别是系数矩阵、常数向量和初始解向量,k 是迭代次数,tol 是容差。