MATLAB-1個實例-歐拉法、改進歐拉法、ode45求解微分方程


實例:

u'=-3u+6x+5

u(0)=3

解析解:u=2e^(-3x)+2x+1

歐拉法

h=0.01;%步長
x=0:h:1;
u=zeros(length(x),1);
u(1)=3;
for i=1:length(x)-1
    du=-3*u(i)+6*x(i)+5;
    u(i+1)=u(i)+h*du;
end
figure(1)
U=2*exp(-3*x)+2*x+1;
plot(x,U,'r')%解析解
hold on
plot(x,u,'bo','MarkerFaceColor','b')%數值解

image

改進的歐拉法

clc
clear
h=0.01;%步長
x=0:h:1;
u=zeros(length(x),1);
u(1)=3;
for i=1:length(x)-1
    du=-3*u(i)+6*x(i)+5;
    u_ba=u(i)+h*du;
    du1=-3*u_ba+6*x(i+1)+5;
    u(i+1)=u(i)+h*0.5*(du+du1);
end
hold on
plot(x,u,'k^','MarkerFaceColor','k')

image

ode45求解

function  dudt=odefun(x,u)
dudt=-3*u+6*x+5;
end
clc
clear
xspan=0:0.01:1;
u0=3;
[x,u] = ode45('odefun', xspan, u0);
hold on
plot(x,u,'bs','MarkerFaceColor','b')

image

總體

function  dudt=odefun(x,u)
dudt=-3*u+6*x+5;
end
clc
clear

h=0.01;%步長
x=0:h:1;
u=zeros(length(x),1);
u(1)=3;
for i=1:length(x)-1
    du=-3*u(i)+6*x(i)+5;
    u(i+1)=u(i)+h*du;
end
figure(1)
U=2*exp(-3*x)+2*x+1;
plot(x,U,'r')
hold on
plot(x,u,'bo')

for i=1:length(x)-1
    du=-3*u(i)+6*x(i)+5;
    u_ba=u(i)+h*du;
    du1=-3*u_ba+6*x(i+1)+5;
    u(i+1)=u(i)+h*0.5*(du+du1);
end
hold on
plot(x,u,'go')

xspan=0:0.01:1;
u0=3;
[x,u] = ode45('odefun', xspan, u0);
hold on
plot(x,u,'go')
legend('解析解','歐拉法的解','改進歐拉法的解','ode45')

image


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