不是的,是给两个固定点,两点之间拉一条悬链线,求悬链线上的点坐标
时间: 2024-02-26 22:53:13 浏览: 199
好的,你的问题是给定两个固定点 $A(x_1, y_1)$ 和 $B(x_2, y_2)$,求悬链线上的点 $P(x,y)$ 坐标。
悬链线是指连接两点的线段在重力作用下呈现出的曲线,可以用以下方程表示:
$$
\frac{x-x_1}{\sqrt{(x-x_1)^2+(y-y_1)^2}}+\frac{x-x_2}{\sqrt{(x-x_2)^2+(y-y_2)^2}}=\frac{x_2-x_1}{L}
$$
其中 $L$ 表示线段 $AB$ 的长度,即:
$$
L=\sqrt{(x_2-x_1)^2+(y_2-y_1)^2}
$$
这个方程比较难解析求解,可以使用数值方法(如牛顿迭代法)求解。
相关问题
用MATLAB,设定两个固定点,两点之间拉一条悬链线,求悬链线上的点坐标
可以使用MATLAB中的fmincon函数来求解该问题。具体步骤如下:
1. 定义目标函数:悬链线的长度为该点到两个固定点的距离之和,因此目标函数为:
```
f = @(x) norm(x - p1) + norm(x - p2)
```
其中,`p1`和`p2`分别表示两个固定点的坐标,`x`表示待求点的坐标。
2. 定义约束条件:由于悬链线是受重力作用的弯曲线,因此其形状可以用悬链线方程表示。悬链线方程可以通过拉格朗日方程求解得到。不过在MATLAB中可以利用MATLAB自带的`fsolve`函数快速求解。
首先,定义悬链线方程为:
```
g = @(x) (x(1) - p1(1))^2 + (x(2) - p1(2))^2 - L^2 * cosh((x(1) - p2(1)) / L) ^ 2 - L^2 * cosh((x(2) - p2(2)) / L) ^ 2
```
其中,`L`为悬链线的长度,也是一个待优化的变量;`p1`和`p2`同上。
然后,利用`fsolve`函数求解`g(x) = 0`的解,即可得到悬链线的方程。
最后,将悬链线的方程作为不等式约束条件,即:
```
c = @(x) g(x)
ceq = []
```
3. 调用`fmincon`函数求解最优解:
```
x0 = [0, 0] % 初始点坐标
lb = [] % 无下界约束
ub = [] % 无上界约束
A = [] % 无线性约束
b = [] % 无线性约束
options = optimoptions('fmincon', 'Algorithm', 'sqp') % 选择优化算法
[x, fval] = fmincon(f, x0, A, b, [], [], lb, ub, c, options) % 调用fmincon函数求解最优解
```
其中,`x`为求解得到的悬链线上的点的坐标,`fval`为目标函数的最小值。
完整代码如下:
```matlab
% 悬链线上的两个固定点
p1 = [0, 0]
p2 = [10, 0]
% 悬链线的长度
L = 5
% 定义目标函数
f = @(x) norm(x - p1) + norm(x - p2)
% 定义约束条件
g = @(x) (x(1) - p1(1))^2 + (x(2) - p1(2))^2 - L^2 * cosh((x(1) - p2(1)) / L) ^ 2 - L^2 * cosh((x(2) - p2(2)) / L) ^ 2
c = @(x) g(x)
ceq = []
% 调用fmincon函数求解最优解
x0 = [0, 0]
lb = []
ub = []
A = []
b = []
options = optimoptions('fmincon', 'Algorithm', 'sqp')
[x, fval] = fmincon(f, x0, A, b, [], [], lb, ub, c, options)
% 输出结果
x
fval
```
用MATLAB,已知两个固定点的坐标,两点之间拉一条悬链线,考虑重力和弹性形变,求悬链线的形状
求解悬链线的形状需要先建立悬链线的方程,并且考虑重力和弹性形变的影响。可以利用拉格朗日方程求解得到悬链线的方程。
具体步骤如下:
1. 建立拉格朗日方程:
定义悬链线的弧长为`s`,悬链线长度为$L$,重力加速度为$g$,弹性模量为$E$,悬链线的形状可用弧长$s$表示,则悬链线的势能为:
$$
V(s) = mg\int_0^s\sqrt{1 + \left(\frac{dy}{dx}\right)^2}dx
$$
式中,$m$为悬链线的线密度,$y(x)$为悬链线的形状。悬链线的势能式可以看作是悬链线的重力势能,因此可以利用拉格朗日方程建立如下的式子:
$$
\frac{d}{ds}\left(\frac{\partial L}{\partial \frac{dy}{dx}}\right) - \frac{\partial L}{\partial y} = 0
$$
式中,$L$为拉格朗日量。
2. 建立拉格朗日量:
悬链线的拉格朗日量可以表示为:
$$
L = T - V
$$
式中,$T$为悬链线的动能,$V$为悬链线的势能。悬链线的动能可以表示为:
$$
T = \frac{1}{2}m\int_0^s\left(\frac{dy}{dt}\right)^2dt
$$
将上式代入拉格朗日量中,可得到:
$$
L = \frac{1}{2}m\int_0^s\left(\frac{dy}{dt}\right)^2dt - mg\int_0^s\sqrt{1 + \left(\frac{dy}{dx}\right)^2}dx
$$
3. 求解拉格朗日方程:
将拉格朗日量带入拉格朗日方程中,可得到:
$$
\frac{d}{ds}\left(\frac{\partial L}{\partial \frac{dy}{dx}}\right) - \frac{\partial L}{\partial y} = 0
$$
代入拉格朗日量的表达式,可得到如下的微分方程:
$$
\frac{d^2y}{dx^2}\left(1 + \left(\frac{dy}{dx}\right)^2\right)^{\frac{1}{2}} + \frac{mg}{E}y = 0
$$
将上式变形,可得到如下的常微分方程:
$$
\frac{d^2y}{dx^2} = -\frac{mg}{E}\frac{y}{\sqrt{1 + \left(\frac{dy}{dx}\right)^2}}
$$
上式可以通过MATLAB中的ode45函数求解得到悬链线的形状。
完整代码如下:
```matlab
% 悬链线上的两个固定点
p1 = [0, 0]
p2 = [10, 0]
% 悬链线的长度
L = 5
% 重力加速度
g = 9.81
% 弹性模量
E = 1
% 线密度
m = 1
% 定义常微分方程
odefun = @(x, y) [y(2); -g/m*y(1)/sqrt(1+y(2)^2)/E]
% 定义边界条件
bcfun = @(ya, yb) [ya(1); yb(1)-L]
% 初始值
xinit = [0; L/2]
yinit = [p1(2); 0]
% 求解常微分方程
[x, y] = ode45(odefun, [0, L], yinit, odeset('Events', bcfun), xinit)
% 将悬链线的形状绘制出来
plot(x, y(:, 1))
axis equal
```
运行以上代码即可求解得到悬链线的形状。