詳解Matlab求積分的各種方法

2021-07-25 06:31:58 字數 1853 閱讀 6008

一、符號積分

符號積分由函式int來實現。該函式的一般呼叫格式為:

int(s):沒有指定積分變數和積分階數時,系統按findsym函式指示的預設變數對被積函式或符號表示式s求不定積分;

int(s,v):以v為自變數,對被積函式或符號表示式s求不定積分;

int(s,v,a,b):求定積分運算。a,b分別表示定積分的下限和上限。

該函式求被積函式在區間[a,b]上的定積分。a和b可以是兩個具體的數,也可以是乙個符號表示式,還可以是無窮(inf)。當函式f關於變數x在閉區間[a,b]上可積時,函式返回乙個定積分結果。

當a,b中有乙個是inf時,函式返回乙個廣義積分。當a,b中有乙個符號表示式時,函式返回乙個符號函式。

例:求函式x^2+y^2+z^2的三重積分。內積分上下限都是函式,對z積分下限是sqrt(x*y),積分上限是x^2*y;對y積分下限是sqrt(x),積分上限是x^2;對x的積分下限1,上限是2,求解如下:

>>symsxyz%定義符號變數

>>f2=int(int(int(x^2+y^2+z^2,z,sqrt(x*y),x^2*y),y,sqrt(x),x^2),x,1,2)%注意定積分的書寫格式

f2=1610027357/6563700-6072064/348075*2^(1/2)+14912/4641*2^(1/4)+64/225*2^(3/4)%給出有理數解

>>vf2=vpa(f2)%給出缺省精度的數值解

vf2=

224.92153573331143159790710032805

二、數值積分

1.數值積分基本原理

求解定積分的數值方法多種多樣,如簡單的梯形法、辛普生(simpson)法、牛頓-柯特斯(newton-cotes)法等都是經常採用的方法。它們的基本思想都是將整個積分區間[a,b]分成n個子區間[xi,xi+1],i=1,2,…,n,其中x1=a,xn+1=b。這樣求定積分問題就分解為求和問題。

2.數值積分的實現方法

基於變步長辛普生法,matlab給出了quad函式來求定積分。該函式的呼叫格式為:

[i,n]=quad('fname',a,b,tol,trace)

基於變步長、牛頓-柯特斯(newton-cotes)法,matlab給出了quadl函式來求定積分。該函式的呼叫格式為:

[i,n]=quadl('fname',a,b,tol,trace)

其中fname是被積函式名。a和b分別是定積分的下限和上限。tol用來控制積分精度,預設時取tol=0.

001。trace控制是否展現積分過程,若取非0則展現積分過程,取0則不展現,預設時取trace=0。返回引數i即定積分值,n為被積函式的呼叫次數。

例:求函式'exp(-x*x)的定積分,積分下限為0,積分上限為1。

>>fun=inline('exp(-x.*x)','x');%用內聯函式定義被積函式fname

>>isim=quad(fun,0,1)%辛普生法

isim=

0.746824180726425

il=quadl(fun,0,1)%牛頓-柯特斯法

il=0.746824133988447

三、梯形法求向量積分

trapz(x,y)—梯形法沿列方向求函式y關於自變數x的積分(向量形式,數值方法)。

>>d=0.001;

>>x=0:d:1;

>>s=d*trapz(exp(-x.^2))

s=0.7468

或:>>formatlongg

>>x=0:0.001:1;%x向量,也可以是不等間距

>>y=exp(-x.^2);%y向量,也可以不是由已知函式生成的向量

>>s=trapz(x,y);%求向量積分

s=0.746824071499185

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