MATLAB學習之基本操作和在高等數學的應用

一、基礎知識

1、基本命令

clear  清除工作區類定義的變量

clc     清屏

ans     顯示最近的答案

2、變量與系統常量

注意:默認情況下,MATALB定義的變量都是以矩陣的形式存儲的。

使用syms命令創建符號變量和符號函數,在這裏符號即可理解爲C語言中所定義的數值變量。

pi      --------圓周率

eps --------- e

i、j  --------- 若i或j量不被改寫,則它們表示純虛數量j

inf -------- 無窮大量

3、M文件

M程序有兩種執行方式,第一種是直接調用型,而第二種則是函數式調用型。

如何在M程序中定義一個函數:

格式:function   輸出變量=函數名(輸出變量....)

例:

function v=calcVolume(a,b,l,h)
    v=(a*h*(b^2-h^2)^(1/2)/b+a*b*asin(h/b)+pi*a*b/2)*l;

4、程序基本結構

① 選擇結構

單分支: 雙分支: 多分支: switch結構:

if  條件 if  條件 if  條件 switch  表達式

語句 語句語句case  表達式1

end else elseif   條件語句1

語句 語句case ....

end elseif   ... ........

... otherwise

end 語句n

end

②  循環結構

for語句: while語句:

for  循環變量=表達式1:表達式2:表達式3while(條件)

循環體語句 循環體語句

end end

5、如何查看MATLAB函數的源代碼

open  函數名稱            或者               edit   函數名稱

6、Matlab的特點

①  簡潔高效性

② 科學運算功能(矩陣運算、數值微積分問題、最優化問題、微分方程的求解、數據處理問題)

③ 繪圖功能

④ 龐大的工具箱與模塊集

⑤ 強大的動態系統仿真功能(允許用戶在一個框架下對含有控制環節、機械環節和電子、電機環節的機電一體化系統進行建模與仿真)

7、矩陣運算



二、求取極限、導數、積分

1、極限

① 單變量極限

格式:

L=limit(fun,x,x0)%求取函數fun(x->x0)

L=limit(fun,x,x0,'left'或'right')%求取函數fun的單邊極限(即x->x0+或x->x0-)

② 多變量極限

  格式:

L1=limit(limit(f,x,x0),y,y0)

L1=limit(limit(f,y,y0),x,x0)

2、導數

① 一元函數的導數

格式:

y=diff(fun,x)%求fun對自變量x的導數

y=diff(fun,x,n)%求n階導數

② 多元函數的導數

格式:

f=diff(diff(f,x,m),y,n)%先求f對x的m階偏導數,再求對y的n階偏導數

③ 多元函數組的Jacobi(雅可比)矩陣

Jacobi矩陣:多元函數有n元變量和m個函數,雅可比矩陣即是這個方程組的各個因變量對各個自變量的偏導數

格式:

J=jacobian(Y,X)%Y是各個函數構成的向量,X是各個自變量構成的向量

④ 求取隱函數的偏導數

隱函數:沒有直接的表達因變量y與自變量x的關係,但是他們在函數中都體現有隱含的關係

⑤ 參數方程的導數


⑥ 二元函數的梯度計算

梯度:梯度的定義是爲了研究方向導數的大小更方便而定義的

格式:

[fx,fy]=gradient(z)%

3、積分

① 不定積分

格式:

F=int(fun,x)%求取函數fun對自變量x的積分

② 定積分與無窮積分

格式:

I=int(fun,x,a,b)%求取函數fun對自變量從(a,b)區間內的定積分,a、b可設爲-inf和inf

③ 重積分

方法:通過對積分的一層層進行疊加即可

④ 第一類曲線積分和第二類曲線積分

第一類曲線積分:起源於對不均勻分佈的空間曲線總質量的求取

第二類曲線積分:對座標的曲線積分,起源於變力F沿曲線l移動時做功的研究

⑤ 第一類曲面積分和第二類曲面積分

第一類曲面積分:對面積的曲面積分

第二類曲面積分:對座標的曲面積分



4、級數

① 泰勒(Taylor)級數

描述:

格式:

taylor(fun)

② 傅里葉(Fourier)級數

格式:

[A,B,F]=fseries(f,x,n,a,b)%A,B爲Fourier係數,F爲展開式

③ 級數求和

格式:

S=symsum(fk,k,k0,kn)%fk爲級數通項,k爲級數自變量,k0和kn爲級數求和的起始項和終止項


三、線性代數

1、基本矩陣

零矩陣: A=zeros(n) A=zeros(m,n)

幺矩陣: B=ones(n)

單位陣: C=eye(n)

隨機陣: D=rand(n)

對角陣: E=diag(A) %A爲矩陣對角元素的列向量

E=diagm(A1 A2 A3 .... An)%生成塊對角矩陣

2、矩陣運算

求行列式: det(A)

求矩陣的秩: rank(A)

表示多項式: poly2sym(P,'v') %其中P爲按降冪排列順序表示的多項式,v爲指定的多項式符號變量,也可以指定爲'x'

逆矩陣: A=inv(B)

求矩陣的特徵值和特徵向量:d=eig(A) %求取矩陣的特徵值

[V,D]=eig(A)%V爲矩陣A的特徵向量,D爲矩陣A的特徵值

矩陣方程的計算:AX=B  =》X=inv(A)*B


四、積分變換與複變函數

1、 Laplace變換

格式: F=laplace(fun) %fun爲時域函數,採用默認的t作爲時域變量

F=laplace(fun,v,u)%由用戶指定時域變量v和復域變量u

Laplace反變換

格式: ilaplace(F) %輸出即爲以t爲變量的時域函數

2、Fourier變換

格式: F=fourier(fun) %








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