求解非线性方程f (x)= 0的MATLAB数值法指令介绍（solve、fzero的方法与实例）

发布时间：2024-12-11 02:37

《家庭健康指南》- 介绍实用的家庭健康护理方法 #生活技巧# #健康生活方式# #健康生活方式书籍# #健康家庭疗法#

一、符号方程求解

在MATLAB中，求解用符号表达式表示的代数方程可由函数solve实现，其调用格式为：
solve(s)（求解符号表达式s的代数方程，求解变量为默认变量，当方程右端为0时，方程可以不标出等号和0，仅标出方程的左端）
solve(s,v)（求解符号表达式s的代数方程，求解变量为v）
solve(s1,s2,…,sn,v1,v2,…,vn)（求解符号表达式s1,s2,…,sn组成的代数方程组，求解变量分别为v1,v2,…,vn）
让我举个栗子：
求解如下方程：
在这里插入图片描述
代码：

x=solve('2*sin(3*x-pi/4)=1') 1

在这里插入图片描述
代码：

x= solve('x+x*exp(x)-10', 'x') %仅标出方程的左端 1

二、求方程f ( x ) = 0数值解的基本方法

并非所有的方程 f ( x ) = 0 都能求出精确解或解析解，存在这种解的方程就需要用数值解法求出近似解，有几种常见的数值解法：

1.二分法 2.迭代法：切线法、割线法（弦截法）

注：二分法简单方便，但收敛速度慢；
迭代法虽然收敛速度稍微快点，但需要判断能否收敛；
只要初值选取得当，切线法具有恒收敛且收敛速度快的优点，但需要求出函数的导数；
弦截法不需要求导数，特别是前面介绍的快速弦截法，收敛速度很快，但是需要知道两个近似的初始根值才能作出弦，要求的初始条件较多。

三、方程f(x) = 0数值解的MATLAB实现

MATLAB中求方程数值解的办法很多，有的是专用指令，有的是根据方程性质而借用其他专用指令求得的

这里我们就先介绍求函数零点指令fzero吧

求解方程f ( x ) = 0的实数根也就是求函数f ( x）的零点。MATLAB中设有求函数f (x）零点的指令fzero，可用它来求方程的实数根。该指令的使用格式为：fzero (fun, x0, options)
①输入参数fun为函数f (x）的字符表达式、内联函数名或M函数文件名。
②输入参数x0为函数某个零点的大概位置（不要取零）或存在的区间［xi，xj］，要求函数f (x）在x0点左右变号，即f (xi)f (xj) < 0。
③输入参数options可有多种选择，若用optimset (‘disp’, ‘iter’）代替options 时，将输出寻找零点的中间数据。
④该指令无论对多项式函数还是超越函数都可以使用，但是每次只能求出函数的一个零点，因此在使用前需摸清函数零点数目和存在的大体范围。为此，一般先用绘图指令plot, fplot或ezplot画出函数f (x）的曲线，从图上估计出函数零点的位置。
让我再举个栗子：
如：求方程 x^2 + 4sin(x) = 25 的实数根（-2π＜x < 2π）
解：
（1）若fun为函数f (x）的字符表达式
①首先要确定方程实数根存在的大致范围。为此，先将方程变成标准形式f(x) =x2 + 4sin(x) - 25 = 0，作f(x)的曲线图：

x=-2*pi:0.1:2*pi; f=x.^2+4*sin(x)-25; plot(x,f);grid on; 123

在这里插入图片描述
从曲线上可以看出，函数的零点大约在x1= - 4和x2=5附近
②直接使用指令fzero求出方程在x1≈ - 4时的根