MATLAB学习之基本操作和在高等数学的应用

一、基础知识

1、基本命令

clear  清除工作区类定义的变量

clc     清屏

ans     显示最近的答案

2、变量与系统常量

注意:默认情况下,MATALB定义的变量都是以矩阵的形式存储的。

使用syms命令创建符号变量和符号函数,在这里符号即可理解为C语言中所定义的数值变量。

pi      --------圆周率

eps --------- e

i、j  --------- 若i或j量不被改写,则它们表示纯虚数量j

inf -------- 无穷大量

3、M文件

M程序有两种执行方式,第一种是直接调用型,而第二种则是函数式调用型。

如何在M程序中定义一个函数:

格式:function   输出变量=函数名(输出变量....)

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、程序基本结构

① 选择结构

单分支: 双分支: 多分支: switch结构:

if  条件 if  条件 if  条件 switch  表达式

语句 语句语句case  表达式1

end else elseif   条件语句1

语句 语句case ....

end elseif   ... ........

... otherwise

end 语句n

end

②  循环结构

for语句: while语句:

for  循环变量=表达式1:表达式2:表达式3while(条件)

循环体语句 循环体语句

end end

5、如何查看MATLAB函数的源代码

open  函数名称            或者               edit   函数名称

6、Matlab的特点

①  简洁高效性

② 科学运算功能(矩阵运算、数值微积分问题、最优化问题、微分方程的求解、数据处理问题)

③ 绘图功能

④ 庞大的工具箱与模块集

⑤ 强大的动态系统仿真功能(允许用户在一个框架下对含有控制环节、机械环节和电子、电机环节的机电一体化系统进行建模与仿真)

7、矩阵运算



二、求取极限、导数、积分

1、极限

① 单变量极限

格式:

L=limit(fun,x,x0)%求取函数fun(x->x0)

L=limit(fun,x,x0,'left'或'right')%求取函数fun的单边极限(即x->x0+或x->x0-)

② 多变量极限

  格式:

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

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

2、导数

① 一元函数的导数

格式:

y=diff(fun,x)%求fun对自变量x的导数

y=diff(fun,x,n)%求n阶导数

② 多元函数的导数

格式:

f=diff(diff(f,x,m),y,n)%先求f对x的m阶偏导数,再求对y的n阶偏导数

③ 多元函数组的Jacobi(雅可比)矩阵

Jacobi矩阵:多元函数有n元变量和m个函数,雅可比矩阵即是这个方程组的各个因变量对各个自变量的偏导数

格式:

J=jacobian(Y,X)%Y是各个函数构成的向量,X是各个自变量构成的向量

④ 求取隐函数的偏导数

隐函数:没有直接的表达因变量y与自变量x的关系,但是他们在函数中都体现有隐含的关系

⑤ 参数方程的导数


⑥ 二元函数的梯度计算

梯度:梯度的定义是为了研究方向导数的大小更方便而定义的

格式:

[fx,fy]=gradient(z)%

3、积分

① 不定积分

格式:

F=int(fun,x)%求取函数fun对自变量x的积分

② 定积分与无穷积分

格式:

I=int(fun,x,a,b)%求取函数fun对自变量从(a,b)区间内的定积分,a、b可设为-inf和inf

③ 重积分

方法:通过对积分的一层层进行叠加即可

④ 第一类曲线积分和第二类曲线积分

第一类曲线积分:起源于对不均匀分布的空间曲线总质量的求取

第二类曲线积分:对座标的曲线积分,起源于变力F沿曲线l移动时做功的研究

⑤ 第一类曲面积分和第二类曲面积分

第一类曲面积分:对面积的曲面积分

第二类曲面积分:对座标的曲面积分



4、级数

① 泰勒(Taylor)级数

描述:

格式:

taylor(fun)

② 傅里叶(Fourier)级数

格式:

[A,B,F]=fseries(f,x,n,a,b)%A,B为Fourier系数,F为展开式

③ 级数求和

格式:

S=symsum(fk,k,k0,kn)%fk为级数通项,k为级数自变量,k0和kn为级数求和的起始项和终止项


三、线性代数

1、基本矩阵

零矩阵: A=zeros(n) A=zeros(m,n)

幺矩阵: B=ones(n)

单位阵: C=eye(n)

随机阵: D=rand(n)

对角阵: E=diag(A) %A为矩阵对角元素的列向量

E=diagm(A1 A2 A3 .... An)%生成块对角矩阵

2、矩阵运算

求行列式: det(A)

求矩阵的秩: rank(A)

表示多项式: poly2sym(P,'v') %其中P为按降幂排列顺序表示的多项式,v为指定的多项式符号变量,也可以指定为'x'

逆矩阵: A=inv(B)

求矩阵的特征值和特征向量:d=eig(A) %求取矩阵的特征值

[V,D]=eig(A)%V为矩阵A的特征向量,D为矩阵A的特征值

矩阵方程的计算:AX=B  =》X=inv(A)*B


四、积分变换与复变函数

1、 Laplace变换

格式: F=laplace(fun) %fun为时域函数,采用默认的t作为时域变量

F=laplace(fun,v,u)%由用户指定时域变量v和复域变量u

Laplace反变换

格式: ilaplace(F) %输出即为以t为变量的时域函数

2、Fourier变换

格式: F=fourier(fun) %








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