Matlab在《复变函数与积分变换》中的应用.doc

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Matlab在《复变函数与积分变换》中的应用

北 京 林 业 大 学 Matlab在《复变函数与积分变换》中的应用 年 级: 电气10-1 学 号: 101054130 姓 名: 李吉莹 专 业: 电气工程及其自动化 指导老师: 王学顺 二零一一年十一月 Matlab在《复变函数与积分变换》中的应用 电气10-1 李吉莹 摘 要:Matlab是目前应用最广的工程计算软件,在计算和绘图方面有显著优势。利用Matlab可以求解《复变函数与积分变换》中的留数、有理函数展开、傅里叶变换、拉普拉斯变换和线性微分方程组等若干问题。 关键词:复变函数;积分变换;Matlab; 引 言:复变函数与积分变换是电子、通讯、控制系统和信号处理等理工学科必备的基础课,在解决实际问题中也有十分重要的意义。应用计算机解决数学问题,把复杂繁琐的运算交给计算机,而把主要精力集中在建立和优化数学模型上,越来越成为科研开发的一种主流方式。而Matlab是一种具有强大数值计算,分析和图形处理功能的科学计算语言,其应用领域极为广泛,而且使用方便、调试容易,代码少、效率高,有人称为第四代程序设计语言。[1]经过逐步完善和发展,Matlab已成为一个集数值计算、图形处理、图像处理、符号计算、文字处理、数学建模、实时控制、动态仿真、信号处理等功能为一体的数学应用软件,广泛应用于科学研究、工程计算、动态仿真等领域。[2] Matlab在复变函数计算中的应用 复变函数与实变函数在Matlab中的计算有着相似之处,因为不管自变量是实数还是复数,都是将自变量的值直接代入函数表达式中去计算。而Matlab对复变函数和实变函数运算时最大的区别在于Matlab只对复变函数的主值进行计算。 复数的基本运算 复数的基本运算是《复变函数与积分变换》中的一个最基本的最简单的内容,特别是一些稍微复杂的计算,如形式比较复杂的表达式,求复数的实部与虚部、模与辐角等,若通过计算机都可以非常简单的求解。 例1 求下列复数z的实部与虚部、共轭复数、模与辐角。 z1=13-2i,z2=(3+4i)(2-5i)2i,z3=1+i3 解:我们可以在Matlab软件中用共轭复数矩阵一次算出,在Matlab命令窗口中输入: A= [(1/(3-2*i)(2-5*i) )/(2*i) 1+sqrt(3)*i] 运行结果为:A=0.2308+0.1538i-3.5000-13.0000i 1.0000+1.7321i 求实部:real(A) 结果为:ans=0.2308-3.5000 1.0000 求虚部:imag(A) 结果为:ans=0.1538-13.0000 1.7321 求共轭复数:conj(A) 结果为:ans=0.2308-0.1538i-3.5000+13.0000i 1.0000-1.7321i 求模:abs(A) 结果为:ans=0.2774 13.4629 2.0000 求辐角:angle(A) 结果为:ans=0.5880-1.8338 1.0472 1.2复变函数的导数与积分 众所周知,解析函数是《复变函数与积分变换》中最主要的研究对象,它在理论和实际问题中有着广泛的作用。 例2 设fz=ez(1+z2)cosz,求f(z)。 解:在Matlab命令窗口中输入: Syms z %定义符号变量 f=expz/(1+z2*cos?(z)) %定义函数 diff(f) exp?(z)/(1+z^2 ))/cos?(z) -2*(exp?(z)/(1+ ))/*z+(exp?(z)/((1+z^2 ) ))/cos?(z)^2 *sin?(z) 计算复变函数的积分是复变函数与积分变换课程的又一重要内容。积分的值依赖于积分曲线和被积函数,由于积分曲线和函数的差异,导致积分计算的复杂性。但是利用Matlab很容易计算复变函数的积分。 例3 试求出下面曲线积分c1i+z5(z-1)(z+3)dz,其中c为的逆时针圆周封闭曲线。 解:可以看出,在积分曲线|z|=2内,z=-i是5级奇点,z=1是一级奇点,利用留数定理计算北极函数在两处的留数之和即为所求的积分。 在Matlab窗口输入: Syms z f=1/(z+i10*z-1*(z-3)); %定义被积函数 res 1=limit(diff(f*(z+i)/5,z,9)/prod(1:4) ,z,-i); %函数在z=-i处的留数 res

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