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    用Mathematica绘制微分方程的图形

    来源:网络收集  点击:  时间:2024-06-30
    【导读】:
    这里要介绍的是用Mathematica解微分方程(组),并根据相应的结果,进行相关绘图,甚至进行动态模拟。工具/原料more电脑Mathematica方法/步骤1/6分步阅读

    给出微分方程y(x)+y(x)==1,求其的通解:

    DSolveValue + y == 1, y, x]

    得到的通解是:c2*sin(x)+c1*cos(x)+1。

    显然,通解是不可能作出愁胆图像的!

    但是,我们可以对c1、c2赋予不同的值,再用Show+Table,把所作的图放到一起(注意,大写字母C是Mathematica的内部函数,因此,作图的时候,要把C全部换成c):

    Show Cos + c Sin, {x, -2 Pi, 2 Pi}],

    {c, -1, 1,0.5}, {c, -1, 1, 0.5}]]

    2/6

    畜压随 用NDSolveValue可求出微分方程的数值解(俗称——特解):

    NDSolveValue == Cos, y == 0}, y, {x, -5, 5}]

    没有给出公式,但是不妨碍作图:

    Plot

    3/6

    求二元微分方程组的特解:

    {xsol, ysol} =

    NDSolveValue == -3 y - x^2,

    y == Sqrt x - y^3,

    x == y == 1}, {x, y}, {t, 100}]

    把结果作为参数方程,来进行作图,这是混沌驼排现象:

    ParametricPlot, ysol}, {t, 0, 100}]

    4/6

    用互动效果演示一下上图的作图过程:

    Manipulate, ysol}, {t, 0, a}], {a, 0.01, 100}]

    Manipulate, ysol}, {t, 0, a}], {a, 0.01, 100,0.1}]

    Manipulate, ysol}, {t, 0, a}], {a, 0.01, 10,0.001}]

    5/6

    这个让我想到了著名的“Lorenz吸引子”,需要满足的微分方程组是:

    x (t)=-10(x(t)+y(t) )

    y (t)=x(t)(-z(t) )+28x(t)-y(t)

    z (t)=x(t)y(t)-(8z(t))/3

    “Lorenz吸引子”的每一个点由{x(t),y(t),z(t)}确定,t是时间参数。我们先来解出{x(t),y(t),z(t)}当x(0)=z(0)=0,y(0)=1时的数值解:

    NDSolve == -10 (x - y),

    y == -x z + 28 x - y,

    z == x y - (8/3) z,

    x == z == 0, y == 1},

    {x, y, z}, {t, 0, 200}, MaxSteps - Infinity]

    6/6

    然后在三维空间里,画出它的图像:

    ParametricPlot3D, y, z} /. %], {t, 0, 200},

    PlotPoints - 50000]

    注意事项

    关于微分方程的相关理论十分丰富,这里仅仅是涉及到一点“皮毛”,远远不能解决大多数问题。

    以后,再慢慢的深入学习吧!

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