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《MATLAB 数学实验 第七章 微分方程与计算机模拟 PPT注记》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第七章微分方程与计算机模拟PPT注记（2009-5-24）只有三个内容，有一定难度和深度。三个内容是：常微分方程初值问题求数据解和蝴蝶效应（洛仑兹模型）的动态仿真、追击曲线动态仿真、有阻力的抛射曲线实验中阻力系数（电影集结号中的火炮数据）一、一阶常微分方程MATLAB求常微分方程初值问题数值解方法是首先创建一个函数文件，用以描述一阶微分方程右端的二元函数，然后用ode23()求解对应的微分方程初值问题。由于命令行较少，可以在命令窗口实现第一条命令ode23('fun1',[1994,2020],12)执行后，在图形窗口显示解曲线；第
2、二条命令[T,N]=ode23('fun1',[1994,2020],12)执行后，在命令窗口显示数值解的数据与练习题有关的两个例题马尔萨斯模型：，clear[x,y]=meshgrid(0:0.2:3);k=0.15*y;d=sqrt(1+k.^2);px=1./d;py=k./d;quiver(x,y,px,py)axisimage蛇形曲线模型：[x,y]=meshgrid(-5:.5:5,-1:.1:1);k=1./(1+x.^2)-2*y.^2;d=sqrt(1+k.^2);px=1./d;py=k./d;quiver(x,
3、y,px,py)二、洛仑兹模型的动态演示蝴蝶效应这一说法来源，是气象学家洛仑兹制作了一个电脑程序，模拟气候的变化，并用图像来表示。最后他发现，图像是很敏感地依赖于初值，而且十分像一只蝴蝶张开的双翅，因而他形象的将这一图形以“蝴蝶扇动翅膀”的方式进行阐释。蝴蝶效应是指对初始条件敏感性的一种依赖现象。输入端微小的差别会迅速放大到输出端。蝴蝶效应在经济生活中比比皆是：中国宣布发射导弹，港台100亿美元流向美国。今天的蝴蝶效应”或者“广义的蝴蝶效应”已不限于当初洛仑兹的蝴蝶效应仅对天气预报而言，而是一切复杂系统对初值极为敏感性的代名词或同义
4、语。核心理念：看似微不足道的细小变化，却能以某种方式对社会产生微妙的影响，甚至影响整个社会系统的正常运行。关注细节，防微杜渐，注重关联，控制全局。comet()平面曲线慧星绘图，用于模拟平面曲线形成的动态过程；comet3()是三维曲线慧星图绘图命令，用于模拟三维曲线形成的动态过程。这两条命令的弱点是对绘图数据量需求很大，数据量不够大时，产生的动态过程时间太短，没有动态过程的效果。三、追击曲线程序1．静态追击曲线图形绘制程序functiond=chase()Pk=[100,0];P=Pk;Q=[0,0];e=[-1,0];d=100
5、;axis([0,100,0,60])fork=1:60Pk=Pk+2*e;P=[P;Pk];Qk=[0,k];Q=[Q;Qk];e=Qk-Pk;d=norm(e);e=e/d;endx=P(:,1);y=P(:,2);u=Q(:,1);v=Q(:,2);plot(u,v,'o',x,y,'r*')2．动态追击曲线图形程序functiond=chase()Pk=[100,0];P=Pk;Q=[0,0];e=[-1,0];d=100;fork=1:60Pk=Pk+2*e;P=[P;Pk];Qk=[0,k];Q=[Q;Qk];e=Qk-
6、Pk;d=norm(e);e=e/d;x=P(:,1);y=P(:,2);u=Q(:,1);v=Q(:,2);plot(u,v,'o',x,y,'r*',0,60,'og'),pause(.5)end3．只有两个点的动态模拟程序functiond=chase()Pk=[100,0];Qk=[0,0];e=[-1,0];fork=1:60Pk=Pk+2*e;Qk=[0,k];e=Qk-Pk;d=norm(e);e=e/d;x=Pk(1);y=Pk(2);u=Qk(1);v=Qk(2);plot(u,v,'o',x,y,'r*',[0,
7、100],[60,0],'og'),pause(.5)end四、有阻力抛射曲线实验对于炮弹飞行，假设阻力与速度成正比，即速度越大则阻力越大。在微分方程中增加阻力项，这是一个比伽力略模型更合符实际的数学模型。其中，系数k可以通过实验确定。初始条件为：利用初始条件，求解两个二阶常微分方程，得x=dsolve('D2x=-k*Dx','x(0)=0','Dx(0)=198*cos(alfa)')；y=dsolve('D2y=-g-k*Dy','y(0)=0','Dy(0)=198*sin(alfa)')；化简解函数simplify(x)a
8、ns=-198*cos(alfa)*(-1+exp(-k*t))/ksimplify(y)ans=-(g*t*k-g-198*sin(alfa)*k+exp(-k*t)*g+198*exp(-k*t)*sin(alfa)*k)/k^2
