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    M多元函数微积分常微分方程多项式矩阵线性方程组特征值Word格式.docx

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    M多元函数微积分常微分方程多项式矩阵线性方程组特征值Word格式.docx

    1、0.4055内积分限为函数:先画图:x=.001:.01:3;y1=1./(2*x);y2=sqrt(2*x);plot(x,y1,o,x,y2,*,2.5,-.5:3)axis(-.5 3 -.5 3)legend(y1=1./(2*x)y2=sqrt(2*x)x=2.5)确定积分限:y1=(2*x*y=1y2=(y-sqrt(2*x)=0x,y=solve(y1,y2,x,y)1/2y =1得到解:f=exp(-x2-y2);y1=1/(2*x);jfy=int(f,y,y1,y2);jfx=int(jfy,x,.5,2.5);jf2=vpa(jfx)jf2 =.1241279880872

    2、5833867150108282287常微分方程求解:dsolve(eqnvar) %eqn是常微分方程,var是变量,默认是teqn1eqn2,.eqnm通解: s=dsolve(Dx=yDy=-x),y=s.y,x=s.xs = x: 1x1 sym y:C1*sin(t)+C2*cos(t)-C1*cos(t)+C2*sin(t)特解:condition1condition n y=dsolve(D2y=cos(2*x)y(0)=1Dy(0)=0simplify(y)-1/4*cos(2*x)+5/4解析解: dsolve(Dy=y-2*x/y(2*x+1)(1/2)数值解:x=0:.1

    3、:4;y=sqrt(1+2*x);odefun=inline(s-2*t/stst,s=ode45(odefun,0,4,1);plot(x,y,o-,t,s,*-高阶微分方程式必须等价变化为一阶微分方程组:D2x-1000(1-x2)*Dx+x=0,x(0)=0,Dx(0)=1,(默认自变量为t)令:y1=x,y2=Dy1,则原微分方程组可化为: Dy1=y2,Dy2= 1000(1-y12)*y2-y1,y1(0)=0,y2(0)=1.建立程序:function dy=weifen1(t,y)dy=zeros(2,1);dy(1)=y(2);dy(2)=1000*(1-y(1)2)*y(2

    4、)-y(1);% t取值:0 3000,初值:0 1T,Y=ode15s(weifen1,0 3000,0 1);plot(T,Y(:,1),go-求刚性微分方程: Dy1=-.01*y1-99.99*y2, Dy2=-100*y2, y1(0)=0,y2(0)=1.function f=weifen2(t,y)f=-.01*y(1)-99.99*y(2),-100*y(2);0 400,初值:2,1 t,y=ode15s(weifen2,0 400,2 1);plot(t,y,m*-多项式的表达式与根的求解:poly2sym(p) %由多项式系数转为多项式函数polyval(p,a) %求p

    5、(a)roots(p) %求所有复数根poly(r) %由根向量r求多项式 p=1 0 -2 3;px=poly2sym(p)px =x3-2*x+3 y=polyval(p,2) 7 p=1 0 -2 1;q=1 0 2 3;x1=roots(p)x2=roots(q)x1 = -1.6180 1.0000 0.6180x2 = 0.5000 + 1.6583i 0.5000 - 1.6583i -1.0000 多项式的四则运算:syms xconv(p1,p2) %求p1(x)与p2(x)的乘积q,r=deconv(p1,p2) %q(x)=p1(x)/p2(x)+r(x)求两多项式的和:

    6、p1=1 0 -2 1;p2=-1 0 1 0 -2 3;m=length(p1);n=length(p2);t=max(m,n);p1=zeros(1,t-m),p1;p2=zeros(1,t-n),p2;p=p1+p2p = -1 0 2 0 -4 4 %求两多项式的积p3=conv(p1,p2)p=poly2sym(p3)p3 = -1 0 3 -1 -4 4 4 -8 3-x8+3*x6-x5-4*x4+4*x3+4*x2-8*x+3求多项式的除:p=-1 0 3 -1 -4 4 4 -8 3;p2=1 0 -2 3;q1,r1=deconv(p,p1)q2,r2=deconv(p,p

    7、2)poly2sym(q1)poly2sym(r1)poly2sym(q2)poly2sym(r2)q1 = -1 0 1 0 -2 3r1 = 0 0 0 0 0 0 0 0 0q2 = -1 0 1 2 -2 5r2 = 0 0 0 0 0 0 -6 8 -12-x5+x3-2*x+3-x5+x3+2*x2-2*x+5-6*x2+8*x-12多项式的合并与分解:collect(f) %合并同类项expand(f) %展开horner(f) %嵌套分解factor(f) %因式分解 syms x tf1=(x-1)*(x-2)*(x-3);f2=(1+x)*t+t*x;p1=collect(

    8、f1)p2=collect(f2)p1 =-6+x3-6*x2+11*xp2 =2*t*x+tf1=-6+x3-6*x2+11*x;f2=x5-2*x2+1;p1=horner(f1)p2=horner(f2)-6+(11+(-6+x)*x)*x1+(-2+x3)*x2p1=factor(f1)p2=factor(f2)(x-1)*(x-2)*(x-3)(x-1)*(x4+x3+x2-x-1)有理分式的分解与合并:a,b,c=residue(p,q) %将p(x)/q(x)分解为最简分式之和p,q=residue(a,b,r) %将简单分式之和合并为有理分式p=1 0 0 0 0 0;q=1

    9、-1 -2;a,b,r=residue(p,q) %a表示分子a = 10.6667 0.3333b = 2 -1r = 1 1 3 5即:x5/(x2-x-2) = 10.6667/(x-2)+0.3333/(x+1)+x2+x3+3*x+5 format rata 32/3 1/3 将有理式分解为最简分式之和:p=1 0 1;q=1 -6 11 -6;a,b,r=residue(p,q) 5.0000 -5.0000 3.0000 2.0000 将有理式 分解为最简式之和: p=1;q=1 0 0 0 -1; 0.2500 0.0000 + 0.2500i 0.0000 - 0.2500i

    10、 -0.2500 1.0000 -0.0000 + 1.0000i -0.0000 - 1.0000i将简单分式合并:a=32/3 1/3;b=2,-1;r=1 1 3 5;p,q=residue(a,b,r) 1 0 0 0 0 0q = 1 -1 -2计算行列式: D=2 -3 -1 2;1 -5 3 -4;0 2 1 -1;-5 1 3 -3;det(D) -75 syms a bA=a2 a*b b2;2*a a+b 2*b;1 1 1;det(A)a3-3*a2*b+3*a*b2-b3克莱姆法则求解线性方程组: D=1 1 1;2 1 -1;1 -1 -1; %系数矩阵D1=2 1

    11、1;-1 1 -1;0 -1 -1;D2=1 2 1;2 -1 -1;1 0 -1;D3=1 1 2;1 -1 0;x1=det(D1)/det(D);x2=det(D2)/det(D);x3=det(D3)/det(D);x1,x2,x3 1x3 =矩阵的生成:zeros(m,n)ones(m,n)rand(m,n) %0到1之间的均匀分布randn(m,n) %服从标准正态分布magic(n) diag(M) %取上三角矩阵triu(M)tril(M)length(M)size(M)eye(n)hilb(n) %病态矩阵 a(i,j)=1/(i+j-1)pascal(n) A=magic(

    12、3)A = 8 1 6 3 5 7 4 9 2 A1=diag(A),A2=diag(A1)A1 = 8 5A2 = 8 0 0 0 5 0 0 0 2 triu(A),triu(A,1),triu(A,-1), 0 5 7 0 1 6 0 0 7 0 0 0 0 9 2 A=hilb(4),A1=pascal(4) 1.0000 0.5000 0.3333 0.2500 0.5000 0.3333 0.2500 0.2000 0.3333 0.2500 0.2000 0.1667 0.2500 0.2000 0.1667 0.1429 1 1 1 1 1 2 3 4 1 3 6 10 1 4

    13、 10 20矩阵的取块和变换:A(i,:A(:,j) %排成一列A(i,j)A(i:j,:,i:j)j,k:l)B=reshape(A,m,n)B=rot90(A) %逆时针旋转90度B=fliplr(A)B=flipud(A)A(a,:)= % 空矩阵的一部分,会改变维数A(Aa)=b %把大于a之处重新赋值B=sort(A) %把每一列的元素从小到大排列 B=A1(1:2,1:2),B1=B(:B = 1 1 1 2B1 = A=hilb(3),B=sort(A) 1.0000 0.5000 0.3333 0.5000 0.3333 0.2500 0.3333 0.2500 0.20001

    14、.0000 0.5000 0.3333矩阵的基本运算:A+(-)B %同维A+k %所有元素都加kA*B %矩阵的乘法A*k,k*A %所有元素都乘以kA.*B %同维矩阵对应元素相乘A./BA/BABA. %A的转置A %A的共轭转置,在实数域内就是转置A(-1)或inv(A) %矩阵的逆AkA.kA(1/2)或sqrtm(A)sqrt(A) %矩阵中的元素开方 %求解矩阵方程:X*A=B,A*Y=BA=1 2;3 4;B=1 2;-1 0;X=B*inv(A)X1=B/AY=inv(A)*BY1=ABX = 1.0000 0 2.0000 -1.0000X1 = 1 0 2 -1Y = -

    15、3.0000 -4.0000 2.0000 3.0000Y1 =2.0000 3.0000 %求矩阵的范数A1=norm(A,1)A2=norm(A,2)A3=norm(A,inf) 6 5.4650A3 = %求矩阵的条件数A1=cond(A) 14.9330%求解线性方程组rank(A) %秩rref(A) %行的最简形null(A) %系数矩阵为A的基础解系null(A,r) %有理数形式的基础解系 A=magic(4)zhi=rank(A)zjh=rref(A)jcjx=null(A) 16 2 3 13 5 11 10 8 9 7 6 12 4 14 15 1zhi = 3zjh =

    16、 1 0 0 1 0 1 0 3 0 0 1 -3 0 0 0 0jcjx = -0.2236 -0.6708 0.6708 0.2236 A=magic(4);B=1 2 3 4Az=A,B,a1=rank(A),a2=rank(Az)Az = 16 2 3 13 1 5 11 10 8 2 9 7 6 12 3 4 14 15 1 4a1 =a2 = 4当系数矩阵的秩不等于增光矩阵的秩时,原方程组无解,但可以求出最小二乘解(X=A/b)(即A*X-b取最小值时的解)当系数矩阵的秩等于增光矩阵的秩,且秩等于方程组中方程的个数时,原方程组有唯一解,用X=A/b可求出当系数矩阵的秩等于增光矩阵的

    17、秩,且秩小于方程组中方程的个数时,原方程组有无穷多解,则X=A/b求得的是一个特解jcjx=null(A) 可求出基础解系,则原方程的通解为:xt=x+k1*jcjx,k1为任意实数 X=ABWarning: Matrix is close to singular or badly scaled. Results may be inaccurate. RCOND = 4.625398e-018. 1.0e+015 * 1.5897 4.7691 -4.7691 -1.5897一般情况下:设解得X=a,b,则可用 对原数据进行拟合特征值和特征多项式:trace(A) %迹poly(A) %矩阵A

    18、特征多项式的系数a,b=eig(A) %A的特征列向量a,对角矩阵b为特征值B=orth(A) %正交化空间 A=1 2;a=trace(A),b=poly(A),c=roots(b) 1.0000 -5.0000 -2.0000c = 5.3723 -0.3723 A 3 4 c,d=eig(A) -0.8246 -0.4160 0.5658 -0.9094d = -0.3723 0 0 5.3723 orth(A) -0.4046 -0.9145 -0.9145 0.4046 %求一个正交矩阵p,使得inv(P)*A*p=B,B为对角矩阵A=0 -1 1;-1 0 1;1 1 0;a,b=

    19、eig(A)p=orth(a)B=inv(p)*A*p %验证p*inv(p) %验证 -0.5774 -0.5216 0.6282 -0.5774 0.8048 0.1376 0.5774 0.2832 0.7658 -2.0000 0 0 0 1.0000 0 0 0 1.0000 -0.5774 0.7951 0.1856 -0.5774 -0.2368 -0.7814 0.5774 0.5583 -0.5958 -2.0000 0.0000 -0.0000 0.0000 1.0000 0.0000 -0.0000 -0.0000 1.0000 1.0000 -0.0000 -0.000

    20、0 -0.0000 1.0000 0.00000.0000 0.0000 1.0000若不要求正交变换,则只要a可逆,则a即为所求: inv(a) -0.5774 -0.5774 0.5774 -0.5216 0.8048 0.2832 0.6282 0.1376 0.7658 inv(a)*A*a -2.0000 -0.0000 0.00000.0000 -0.0000 1.0000求一个正交变换 x=P*y,把二次型化为标准形 %二次型矩阵为:A=0 1 1 -1;1 0 -1 1;1 -1 0 1;-1 1 1 0P=orth(a)B=P*A*PP*P 0 1 1 -1 1 0 -1 1

    21、 1 -1 0 1 -1 1 1 0 -0.5000 -0.0788 0.2887 -0.8127 0.5000 0.6644 -0.2887 -0.4746 0.5000 -0.7432 -0.2887 -0.3381 -0.5000 0 -0.8660 0 -3.0000 0 0 0 0 1.0000 0 0 0 0 1.0000 0 0 0 0 1.0000P = -0.5000 0.2887 -0.8127 -0.0788 0.5000 -0.2887 -0.4746 0.6644 0.5000 -0.2887 -0.3381 -0.7432 -0.5000 -0.8660 -0.0000 -0.0000 -3.0000 0.0000 -0.0000 -0.0000 0.0000 1.0000 0.0000 0.0000 -0.0000 0.0000 1.0000 0.0000 -0.0000 0.0000 0.0000 1.0000 1.0000 -0.0000 0.0000 0.0000 -0.0000 1.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 1.0000 0.00000.0000 0.0000 0.0000 1.0000即得标准形为:将P的列向量移动可相应的交换标准型的系数


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