当前位置:文档之家› matlab求定积分之实例说明

matlab求定积分之实例说明

一、符号积分符号积分由函数int来实现。

该函数的一般调用格式为:int(s):没有指定积分变量和积分阶数时,系统按findsym函数指示的默认变量对被积函数或符号表达式s求不定积分;int(s,v):以v为自变量,对被积函数或符号表达式s求不定积分;int(s,v,a,b):求定积分运算。

a,b分别表示定积分的下限和上限。

该函数求被积函数在区间[a,b]上的定积分。

a和b可以是两个具体的数,也可以是一个符号表达式,还可以是无穷(inf)。

当函数f关于变量x在闭区间[a,b]上可积时,函数返回一个定积分结果。

当a,b中有一个是inf时,函数返回一个广义积分。

当a,b中有一个符号表达式时,函数返回一个符号函数。

例:求函数x^2+y^2+z^2的三重积分。

内积分上下限都是函数,对z积分下限是sqrt(x*y),积分上限是x^2*y;对y积分下限是sqrt(x),积分上限是x^2;对x的积分下限1,上限是2,求解如下:>>syms x y z %定义符号变量>>F2=int(int(int(x^2+y^2+z^2,z,sqrt(x*y),x^2*y),y,sqrt(x),x^2),x,1,2) %注意定积分的书写格式F2 =1610027357/6563700-6072064/348075*2^(1/2)+14912/4641*2^(1/4)+64/225*2 ^(3/4) %给出有理数解>>VF2=vpa(F2) %给出默认精度的数值解VF2 =224.92153573331143159790710032805二、数值积分1.数值积分基本原理求解定积分的数值方法多种多样,如简单的梯形法、辛普生(Simpson)•法、牛顿-柯特斯(Newton-Cotes)法等都是经常采用的方法。

它们的基本思想都是将整个积分区间[a,b]分成n个子区间[xi,xi+1],i=1,2,…,n,其中x1=a,xn+1=b。

这样求定积分问题就分解为求和问题。

2.数值积分的实现方法基于变步长辛普生法,MATLAB给出了quad函数来求定积分。

该函数的调用格式为:[I,n]=quad('fname',a,b,tol,trace)基于变步长、牛顿-柯特斯(Newton-Cotes)法,MATLAB给出了quadl函数来求定积分。

该函数的调用格式为:[I,n]=quadl('fname',a,b,tol,trace)其中fname是被积函数名。

a和b分别是定积分的下限和上限。

tol用来控制积分精度,缺省时取tol=0.001。

trace控制是否展现积分过程,若取非0则展现积分过程,取0则不展现,缺省时取trace=0。

返回参数I即定积分值,n为被积函数的调用次数。

例:求函数'exp(-x*x)的定积分,积分下限为0,积分上限为1。

>>fun=inline('exp(-x.*x)','x'); %用内联函数定义被积函数fname>>Isim=quad(fun,0,1) %辛普生法Isim =0.746824180726425IL=quadl(fun,0,1) %牛顿-柯特斯法IL =0.746824133988447三、梯形法求向量积分trapz(x,y)—梯形法沿列方向求函数Y关于自变量X的积分(向量形式,数值方法)。

>>d=0.001;>>x=0:d:1;>>S=d*trapz(exp(-x.^2))S=0.7468或:>>format long g>>x=0:0.001:1; %x向量,也可以是不等间距>>y=exp(-x.^2); %y向量,也可以不是由已知函数生成的向量>>S=trapz(x,y); %求向量积分S =0.746824071499185int的积分可以是定积分,也可以是不定积分(即有没有积分上下限都可以积)可以得到解析的解,比如你对x^2积分,得到的结果是1/3*x^3,这是通过解析的方法来解的。

如果int(x^2,x,1,2)得到的结果是7/3quad是数值积分,它只能是定积分(就是有积分上下限的积分),它是通过simpson数值积分来求得的(并不是通过解析的方法得到解析解,再将上下限代入,而是用小梯形的面积求和得到的)。

如果f=inline('x.^2');quad(f,1,2)得到的结果是2.333333,这个数并不是7/3int是符号解,无任何误差,唯一问题是计算速度;quad是数值解,有计算精度限制,优点是总是能有一定的速度,即总能在一定时间内给出一个一定精度的解。

[FROM: 58.192.116.*]对于y=exp(-(x.^2+x+1)/(1+x)),被积函数之原函数无"封闭解析表达式",符号计算无法解题,这是符号计算有限性,结果如下:>> syms x>>y=exp(-(x.^2+x+1)/(1+x))>>s=int(y,x,0,inf)y =exp((-x^2-x-1)/(1+x))Warning: Explicit integral could not be found.>> In sym.int at 58s =int(exp((-x^2-x-1)/(1+x)),x = 0 .. Inf)只有通过数值计算解法>> dx=0.05; %采样间隔>>x=0:dx:1000; %数值计算适合于有限区间上,取有限个采样点,只要终值足够大,精度不受影响>>y=exp(-(x.^2+x+1)./(1+x));>>S=dx*cumtrapz(y); %计算区间内曲线下图形面积,为小矩形面积累加得>>S(end)ans =0.5641 %所求定积分值或进行编程,积分上限人工输入,程序如下:%表达式保存为函数文件function y=fxy(x)y=exp(-(x.^2+x+1)./(1+x)); % save fxy.m% main --------主程序clear,clch=.001;p=0;a=0;R=input('请输入积分上限,R=')while a<Rp=p+(fxy(a)+fxy(a+h))*h/2;a=a+h;endp=vpa(p,10)运行主程序后得到结果:请输入积分上限,R=1000R =1000p =.5641346055其它结果如下:0-1: int=.30676016860-2: int=.45996331590-5: int=.55830682170-10: int=.56409289750-100: int=.56413460550-1000: int=.5641346055[FROM: 211.65.33.*]在积分函数中,sqrt(e1*e2*e3)*cos(n1*pi*x/12).*cos(n2*pi*y/11).*cos(n3*pi*z/9);已知变量e1,e2,e3,n1,n2,n3通过函数参数输入,如果直接用inline或字符串的形式,则表达式中的未知数有9个,分别是e1,e2,e3,n1,n2,n3,x,y,z。

而用匿名函数时,已知变量e1,e2,e3,n1,n2,n3就会以常数看待,未知数就只有x,y,z 了,可以求三重积分了。

完整函数程序:function Fn(n1,n2,n3)if n1==0e1=1;else if n1>0e1=2;endendif n2==0e2=1;else if n2>0e2=2;endendif n3==0e3=1;else if n3>0e3=2;endendF=@(x,y,z)sqrt(e1*e2*e3)*cos(n1*pi*x/12).*cos(n2*pi*y/11).*cos(n3*pi* z/9);S=triplequad(F,-6,6,-5.5,5.5,-4.5,4.5) %求三重数值积分将以上代码保存为Fn.m程序文件,即m文件,然后运行:>> Fn(1,1,1)S =866.9655[FROM: 211.65.33.*]三重积分请用三重积分函数triplequad,与三个积分上下限对应,即x=triplequad(F,-6,6,-5.5,5.5,-4.5,4.5)其中被积函数F用"匿名函数"来表达,即F=@(x,y,z)sqrt(e1*e2*e3)*cos(n1*pi*x/12).*cos(n2*pi*y/11).*cos(n3*pi*z/9);如果直接用inline或字符串的形式,则表达式中的未知数有9个,分别是e1,e2,e3,n1,n2,n3,x,y,z。

而用匿名函数时,已知变量e1,e2,e3,n1,n2,n3就会以常数看待,未知数就只有x,y,z了。

完整函数程序:function Fn(n1,n2,n3)if n1==0e1=1;else if n1>0e1=2;endendif n2==0e2=1;else if n2>0e2=2;endendif n3==0e3=1;else if n3>0e3=2;endendF=@(x,y,z)sqrt(e1*e2*e3)*cos(n1*pi*x/12).*cos(n2*pi*y/11).*cos(n3*pi*z/9);x=triplequad(F,-6,6,-5.5,5.5,-4.5,4.5)>> Fn(1,1,1)x =866.9655[FROM: 58.192.116.*](注:本资料素材和资料部分来自网络,仅供参考。

请预览后才下载,期待您的好评与关注!)。

相关主题