MATLAB微积分 - Matlab教程

MATLAB 提供解决微积分的各种问题,微分方程求解的任何限制的程度和计算方法。最重要的是可以很容易地绘制图形复变函数,并检查最大值,最小值和图形解决原始函数,以及其衍生的其他内容。

在本章中,我们将在未来几章演算处理的问题。在本章中,我们将讨论预演算概念,即,计算功能的限制和验证的属性限制。

我们将在下一章微分,计算衍生的表达,并在图表上找到当地的最大值和最小值。我们还将讨论微分方程求解。

最后,在“集成”一章中,我们将讨论积分。

计算限制

MATLAB提供limit命令限制的计算。在其最基本的形式,表达limit命令作为参数,并作为独立变量变为零发现极限的表达。

例如,让我们计算一个函数的极限 f(x) = (x<sup style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 13px;">3</sup> + 5)/(x<sup style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 13px;">4</sup> + 7), 当x趋于零。

syms x
limit((x^3 + 5)/(x^4 + 7))

MATLAB将执行上面的语句,并返回以下结果:

ans =
 5/7

limit命令属于符号计算的境界中,你需要使用SYMS命令告诉MATLAB您使用的符号变量。也可以计算一个函数的限制,作为变量趋于零以外的一些数字。为了计算 lim x->a(f(x)), 我们使用limit命令参数。第一个是表达式,第二个是数量,x趋向,在这里它是a。

例如,让我们计算函数极限 f(x) = (x-3)/(x-1), x 无限接近于 1.

limit((x - 3)/(x-1),1)

MATLAB将执行上面的语句,并返回以下结果:

ans =
 NaN

让我们再看另一个示例,

limit(x^2 + 5, 3)

MATLAB将执行上面的语句,并返回以下结果:

ans =
 14

计算限制使用Octave

以下是上面的例子中使用symbolic 包 Octave 版本,尝试执行和比较的结果:

pkg load symbolic
symbols
x=sym("x");

subs((x^3+5)/(x^4+7),x,0)

Octave 将执行上面的语句,并返回以下结果:

ans =
0.7142857142857142857

核查的基本性质限制

代数极限定理提供了一些基本的性能限制。这些如下:

Basic Properties of Limits

我们考虑两个函数:

  1. f(x) = (3x + 5)/(x - 3)

  2. g(x) = x<sup style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 13px;">2</sup> + 1.

让我们计算为x的函数的限制的倾向5,这两个函数和验证限制使用这两个函数和MATLAB的基本属性。

例子

创建一个脚本文件,并输入下面的代码:

syms x
f = (3*x + 5)/(x-3);
g = x^2 + 1;
l1 = limit(f, 4)
l2 = limit (g, 4)
lAdd = limit(f + g, 4)
lSub = limit(f - g, 4)
lMult = limit(f*g, 4)
lDiv = limit (f/g, 4)

当运行该文件时,它会显示:

l1 =
 17

l2 =
17

lAdd =
 34

lSub =
 0

lMult =
289

lDiv =
1

限制使用的基本性质的验证Octave

以下是上面的例子中使用symbolic 包Octave 版本,尝试执行和比较的结果:

pkg load symbolic
symbols

x = sym("x");
f = (3*x + 5)/(x-3);
g = x^2 + 1;

l1=subs(f, x, 4)
l2 = subs (g, x, 4)
lAdd = subs (f+g, x, 4)
lSub = subs (f-g, x, 4)
lMult = subs (f*g, x, 4)
lDiv = subs (f/g, x, 4)

Octave 执行上面的语句,并返回以下结果:

l1 =

17.0
l2 =

17.0
lAdd =

34.0
lSub =

0.0
lMult =

289.0
lDiv =

1.0

左,右侧限制

当一个函数具有某些特定变量的值的不连续性,限制在这一点上不存在。换句话说,限制具有不连续的函数f(x)在x = a ,当不相等的值的限制,当 x 趋向 x 从左侧的值限制为 x 的方法。

这导致的概念左手侧 和右手侧 限制。a限值定为左手侧 x>a 限制,从左侧,即X接近的值的 x<a。右手限制为x的极限 - 被定义为,从右边,即x接近值 x>a 。当是不相等的左手系的限制和右手限制,该限制不存在。

让我们考虑一个函数:

f(x) = (x - 3)/|x - 3|

我们将证明 lim<sub style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 13px;">x->3</sub> f(x) 不存在。 MATLAB帮助我们建立这个事实在两个方面:

  • 通过绘制的函数的曲线图,并示出了不连续

  • 通过计算的限制和显示,两者是不同的。

左手侧和右手侧限制,计算传递字符串'左'和'右'limit命令的最后一个参数。

示例

创建一个脚本文件,并输入下面的代码:

f = (x - 3)/abs(x-3);
ezplot(f,[-1,5])
l = limit(f,x,3,'left')
r = limit(f,x,3,'right')

当运行该文件,MATLAB 得出如下的图型,

Discontinuity in a Function

并显示下面的输出:

l =
 -1

r =
1