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数值分析实验九.doc
实验九
一.实验目的:数值积分、柯西问题和非线性方程的算法设计 及实现。
二.实验要求:
分别用矩形法、梯形法和西普森公式三种算法实现;
分别euler格式和预估矫正格式对ODE进行数值求解;
分别采用一般迭代格式和牛顿迭代格式对非线性方程进行数值求解;
对上述三部分的实例请选用各章节实验题一
实验正文
一.矩形法、梯形法和西普森公式程序:
function y=f(x)
y=log(1+x).*log(1-x);
1. 西普森公式法
function y=simpson(f,a,b,n)
h=(b-a)/(2*n);
y1=0;
y2=0;
for k=1:n
x0=a+h*(2*k-1);
y1=y1+limit(f,x0);
end
for k=1:(n-1)
x0=a+h*k*2;
y2=y2+limit(f,x0);
end
y=h*(limit(f,a)+limit(f,b)+4*y1+2*y2)/3;
y=double(y);
运行结果:
y=simpson(f,-1,1,100)
y =
-1.1016
2. 梯形法
function y=tx(f,a,b,n)
h=(b-a)/n;
y=0;
for k=1:(n-1)
x0=a+h*k;
y=y+limit(f,x0);
end
y=h*(limit(f,a)+limit(f,b))/2+h*y;
y=double(y);
运行结果:
y=tx(f,-1,1,100)
y =
-1.1016
二.ODE的数值求解
Euler算法1:
function y=euler1(a,b,f,y0,h)
n=(b-a)/h;
y=ones(1,n+1);
y(1)=y0;
x=a:h:b;
for i=1:n
y(i+1)=y(i)+h*feval(f,x(i),y(i));
end
Euler算法2:
function y=euler2(a,b,f,y0,h)
n=(b-a)/h;
y=ones(1,n+1);
y(1)=y0;
x=a:h:b;
for i=1:n
z=y(i)+h*feval(f,x(i),y(i));
y(i+1)=y(i)+h*( feval(f,x(i),y(i)+ feval(f,x(i+1),z))/2;
end
运行结果:
1)步长h=0.2;
f=inline(y-20,x,y);
y1=euler1(0,10,f,10,0.2);
y2=euler2(0,10,f,10,0.2);
x=0:0.2:10;
y=20+exp(x);
plot(x,y,k,x,y1,k:,x,y2,*);
2)步长h=0.5;
f=inline(y-20,x,y);
y1=euler1(0,10,f,10,0.5);
y2=euler2(0,10,f,10,0.5);
x=0:0.5:10;
y=20+exp(x);
plot(x,y,k,x,y1,k:,x,y2,*);
实验结果分析:上述实验所取步长h分别为0.2和0.5,从实验结果可以看出当步长取0.5时所得数值解逼近原微分方程的精确程度更好。
三. 非线性方程进行数值求解
1.一般迭代
编制函数文件
1)function y=g(x)
y=log(x.^3);
2)function y=new(x)
x1=g(x);
n=1;
while (abs(x1-x)1.0e-6)(n=1000)
x=x1;n=n+1;
end
x1
n
运行结果:
new(0)
Warning: Log of zero.
In g at 2
In new at 2
x1 =
-Inf
n =
2
new(1)
x1 =
0
n =
2
new(2)
x1 =
2.0794
n =
2
2.牛顿迭代
function y=newton_1(a,n,x0,nn,eps1)
x(1)=x0;
b=1;
i=1;
while(abs(b)eps1*x(i))
i=i+1;
x(i)=x(i-1)-n_f(a,n,x(i-1))/n_df(a,n,x(i-1));
b=x(i)-x(i-1);
if(inn)error(ˊnn is fullˊ);
return;
end
end
y=x(i);
i
end
程序中调用的n_f.m和n_df.m文件如下:
function y=n_df(a,n,x)
y=0.0;
for i=1:n
y=y+a(i)*(n+1-i)*x^(n-i);
end
function y=n_df(a,n,x)
y
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