數學建模(5)微分方程的建立與求解

2021-09-25 22:09:01 字數 1462 閱讀 5461

特點:常與優化問題相結合

可以用微分方程建模的情況:涉及改變、變化、增加、衰變、邊際、追趕的問題;考慮變化率的問題

一般形式分為隱式和顯式,區別類似於函式中的函式與隱函式的關係,隱式微分方程中所求的第n項一般會出現與等式兩邊。

顯式第n項的結果由之前的第1步,第2步,…第n-1步逐步迭代推導出,但迭代量不能太大,易發散

隱式第n項無法利用之前的第1步,第2步,…第n-1步逐步迭代推導出,必須一步求解

常微分方程

ode,是未知函式中只含有乙個自變數的微分方程

偏微分方程

pde,是未知函式是多元函式的微分方程

一定要有背景

利用數學物理力學等學科中的定理或實驗規律建立微分方程

微元法:

利用已知定理與規律尋找與微元之間的關係式,物件是微元而不是函式與導數

步驟:1.微元法建立微分方程

2.確定定解條件(初邊值條件)0

3.求解:解析解——數值解——圖形解

4.討論分析

解析解有限,一般是利用數值方法來求近似解

打公式的時候dx中的d一定要用印刷體,即d要立著,不可以使用斜體。其中x,t可以使用斜體,但是d必須使用印刷體,要正直

核心思想:差商代替微商

原理近似於泰勒公式:分割求解區間-差商代替微商

迭代思想

向前尤拉迭代法

向後尤拉迭代法

梯形公式

改進尤拉迭代法

其中後項尤拉演算法和梯形公式為**演算法,向前尤拉公式和改進的尤拉演算法為顯性演算法。尤拉演算法易計算,精度低,梯形公式經度高,不易求解。綜合兩者得到改進尤拉算式,是主要的求解方法。

實現**可見連線:

用的較多的為四階runge_kutta法

演算法精度高對應ode工具箱為ode45

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數學建模第六章微分方程建模

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