迷失缠绵情愫中 发表于 2019-8-14 15:14:06

matlab-求解积分


有两种方法,符号求解和数值求解。

1. int(Symbolic Math Toolbox)
int 是符号积分求解器,调用形式简单,但是功能非常强大。

int 常用形式:
int(expr,var)   %不指定积分上下限,求解不定积分
int(expr,var,a,b)   %指定积分上下限,求解定积分

例:求解不定积分
syms x
f = 5/((x-1)*(x-2)*(x-3))
F = int(f,x)

例:求解定积分
syms x y;
f = x/(1 + y^2)
F = int(f,y,0,1)
有时需要指定变量范围再进行求解:
例:求解不定积分
syms x a
assume(a ~= -1)
f = x^a;
F = int(f,x)
但是大多情况下 int 都得不到解析解,这时候就可以采用数值积分。


2. quad/quadl/quadgk/quadv
MATLAB 在 R2012a 版本引入了 integral,完全可以替代 quad/quadl/quadv,并且在以后的高版本中,MATLAB 将移除这3个函数,所以如果你的 MATLAB 版本高于 R2012a 的话,建议直接使用 integral。
这4个函数都是数值积分函数,调用形式完全相同,只是分别适用于不同积分函数对象。其中:
quad 采用自适应 simpson 公式数值积分,适用于精度要求低,被积函数平滑性较差的数值积分;
quadl 采用自适应 Lobatto 数值积分,适用于精度要求高,被积函数曲线比较平滑的数值积分;
quadgk 采用自适应 Gauss-Kronrod 数值积分,适用于高精度和震荡数值积分,支持无穷区间,并且能够处理端点包含奇点的情况,同时还支持沿着不连续函数积分,复数域线性路径的围道积分法;
quadv 与 quad 算法相同,是 quad 的向量化版本,能够一次性计算多个积分。

应当注意,如果要采用数值积分计算一重积分的话,积分函数除了积分变量外,其它的参数都应当具有确定的数值。
调用形式以 quad 为例:
q = quad(fun,a,b)
q = quad(fun,a,b,tol)
其中 fun 为函数句柄, a 为积分下限,b 为积分上限,tol 为积分精度,默认为1e-6。
例:计算
y = @(x)1./(x.^3-2*x-5);
q = quad(y,0,2)
例:计算
y = @(x)exp(-x.^2);
q = quadgk(y,0,inf)

3. integral
integral 是 R2012a 引进的一个函数,一元函数数值积分中功能最为强大,调用形式和 quad 基本一致:
q = integral(fun,xmin,xmax)
q = integral(fun,xmin,xmax,Name,Value)
其中 fun 为函数句柄, xmin 为积分下限, xmax 为积分上限,Name 和 Value 是选项控制,包括误差控制、向量化积分设置等等。
integral配合 fzero 可以求解无法显式表达的函数的定积分:
已知,求解
q = @(k,w)w.^2/10.*coth(30*k)-k;
v = @(w)fzero(@(k)q(k,w),1e3);   %利用fzero求解k,相当于显式表达k
integral(v,0,10,'ArrayValued',1)

4. trapz
trapz 是基于梯形法则的离散点积分函数。 调用形式:
I = trapz(x,y)
其中 x 和 y 分别是自变量和对应函数值,以 sin(x) 在 积分为例:
x = linspace(0,pi,1e3);   %生成 内的一系列离散点
y = sin(x);
I = trapz(x,y)
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