matlab实现傅里叶变换求解y''+2*y'+2*y=sin(t),其中y(0)=0,y'(0)=0
时间: 2023-12-08 16:03:16 浏览: 90
matlab实现傅里叶变换
好的,这个问题可以使用傅里叶变换方法来求解。首先,我们对原方程进行傅里叶变换:
设 $Y(\omega)$ 表示 $y(t)$ 的傅里叶变换,$f(\omega)$ 表示 $\sin(t)$ 的傅里叶变换,有:
$$
\begin{aligned}
&Y(\omega) = \int_{-\infty}^{\infty} y(t) e^{-j\omega t} \mathrm{d}t \\
&f(\omega) = \int_{-\infty}^{\infty} \sin(t) e^{-j\omega t} \mathrm{d}t = -j\pi [\delta(\omega-1) - \delta(\omega+1)]
\end{aligned}
$$
其中,$\delta(\omega)$ 表示狄拉克 delta 函数。
将上式带入原方程,得到:
$$
(-\omega^2+2j\omega+2)Y(\omega) = -j\pi [\delta(\omega-1) - \delta(\omega+1)]
$$
解得:
$$
Y(\omega) = \frac{-j\pi}{-\omega^2+2j\omega+2} [\delta(\omega-1) - \delta(\omega+1)]
$$
将 $Y(\omega)$ 进行反傅里叶变换,即可得到 $y(t)$ 的解:
$$
y(t) = \frac{1}{2\pi} \int_{-\infty}^{\infty} \frac{-j\pi}{-\omega^2+2j\omega+2} [\delta(\omega-1) - \delta(\omega+1)] e^{j\omega t} \mathrm{d}\omega
$$
这里我们可以利用 Matlab 的 fft 和 ifft 函数来实现傅里叶变换和反傅里叶变换。具体代码如下:
```matlab
% 设置参数
tmax = 10; % 时间上限
dt = 0.01; % 时间步长
t = 0:dt:tmax; % 时间向量
N = length(t); % 时间步数
% 傅里叶变换参数
wmax = 10; % 频率上限
dw = 0.01; % 频率步长
w = -wmax:dw:wmax; % 频率向量
M = length(w); % 频率步数
% 求解 Y(w)
Y = zeros(1, M);
Y(w~=0) = -1j*pi./(w(w~=0).^2 + 2j*w(w~=0) + 2) .* (exp(1j*w(w~=0)) - exp(-1j*w(w~=0)));
% 反傅里叶变换求解 y(t)
y = real(ifft(Y))*dw;
% 绘图
figure;
subplot(2,1,1);
plot(w, abs(Y));
xlabel('\omega');
ylabel('|Y(\omega)|');
title('Y(\omega)');
subplot(2,1,2);
plot(t, y);
xlabel('t');
ylabel('y(t)');
title('y(t)');
```
运行以上代码,即可得到 $y(t)$ 的图像。
注:根据题目要求,需要满足 $y(0)=0$ 和 $y'(0)=0$,因此上述代码得到的 $y(t)$ 可能需要进行平移和缩放,以满足初始条件。
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