第4章 MATLAB符号计算.ppt

在数值计算过程中，参与运算的变量都是被赋值的数值变量。而在符号运算的整个过程中，参与运算的是符号变量，在符号运算中所出现的数字都是当做符号来处理的。 MATLAB提供了一种新的数据类型为符号对象。符号对象是用来存储代表符号的字符串，代表了符号变量、符号表达式和符号矩阵。 符号运算的特点是，运算过程中允许存在非数值的符号变量。 §4.1 符号微积分 一、符号对象 1．建立符号变量和符号常量 在使用符号变量之前，应先声明某些要用到的变量是“符号”变量。 MATLAB提供了两个建立符号对象的函数：sym和syms，两个函数的用法不同。 (1) sym函数 sym函数用来建立单个符号量，一般调用格式为： 符号量名=sym(‘变量名) 或 符号量名=sym(符号字符串) 该函数可以建立一个符号量，符号字符串可以是常量、变量、函数或表达式。 应用sym函数还可以定义符号常量，使用符号常量进行代数运算时和数值常量进行的运算不同。下面的命令用于比较符号常量与数值常量在代数运算时的差别。 (2) syms函数 函数sym一次只能定义一个符号变量，使用不方便。MATLAB提供了另一个函数syms，一次可以定义多个符号变量。syms函数的一般调用格式为： syms 变量名列表 或 syms 符号变量名1 符号变量名2 … 符号变量名n 用这种格式定义符号变量时不要在变量名上加字符串分界符(‘)，变量间用空格而不要用逗号分隔。 二．建立符号表达式 含有符号对象的表达式称为符号表达式。建立符号表达式有以下3种方法： (1)利用单引号来生成符号表达式。 (2)用sym函数建立符号表达式。 (3) 使用已经定义的符号变量组成符号表达式。 符号表达式中变量的确定(查找符号变量) MATLAB中的符号可以表示符号变量和符号常量。findsym可以帮助用户查找一个符号表达式中的的符号变量。该函数的调用格式为： findsym(s,n) 函数返回符号表达式s中的n个符号变量，若没有指定n，则返回s中的全部符号变量。 符号表达式中变量的确定(查找符号变量) findsym(expr) --按字母顺序列出符号表达式 expr 中的所有符号变量 findsym(expr, N) --列出 expr 中离 x 最近的 N 个符号变量% 若表达式中有两个符号变量与 x 的距离相等，则ASCII 码大者优先。% 常量 pi, i, j 不作为符号变量 三、符号对象的识别 P49 ex 四、符号表达式的基本操作 P53 ex 1.化简 MATLAB提供的对符号表达式化简的函数有： simplify(s)：应用函数规则对s进行化简。 simple(s)：调用MATLAB的其他函数对表达式进行综合化简，并显示化简过程。 2．符号表达式的因式分解与展开 MATLAB提供了符号表达式的因式分解与展开的函数，函数的调用格式为： factor(s)：对符号表达式s分解因式。 expand(s)：对符号表达式s进行展开。 collect(s)：对符号表达式s合并同类项。 collect(s,v)：对符号表达式s按变量v合并同类项。 五、 符号微积分 1 符号极限 limit函数的调用格式为： (1) limit(f,x,a)：求符号函数f(x)的极限值。即计算当变量x趋近于常数a时，f(x)函数的极限值。 (2) limit(f,a)：求符号函数f(x)的极限值。由于没有指定符号函数f(x)的自变量，则使用该格式时，符号函数f(x)的变量为函数findsym(f)确定的默认自变量，即变量x趋近于a。 (3) limit(f)：求符号函数f(x)的极限值。符号函数f(x)的变量为函数findsym(f)确定的默认变量；没有指定变量的目标值时，系统默认变量趋近于0，即a=0的情况。 (4) limit(f,x,a,right)：求符号函数f的极限值。right表示变量x从右边趋近于a。 (5) limit(f,x,a,‘left’)：求符号函数f的极限值。‘left’表示变量x从左边趋近于a。 例1 求下列极限。 极限1： syms a m x; f=(x*(exp(sin(x))+1)-2*(exp(tan(x))-1))/(x+a); limit(f,x,a) ans = (1/2*a*exp(sin(a))+1/2*a-exp(tan(a))+1)/a 极限2： syms x t; limit((1+2*t/x)^(3*x),x,inf) ans = exp(6*t) 极限3： syms x; f=x*(sqrt(x^2+1)-x); limit(f,x,inf,left) ans