Matlab-10:Ritz-Galerkin方法求解二阶常微分方程
一、代数多项式法:
tic;
clear
clc
% N=input('please key in the value of ''N''');
N=10;
M=100;
h=1/M;
X=0:h:1;
accurate_fun=inline('x.^2 - (2*exp(x))/(exp(1) + 1) - (2*exp(-x)*exp(1))/(exp(1) + 1) + 2');
f=inline('x.^2-x');
phi=inline('x.*(1-x).*x.^(i-1)','i','x');
diff_phi=inline('i*x.^(i-1)-(i+1)*x.^i','i','x');
for j=1:N
for i=1:N
A(i,j)=quad(@(x)phi(i,x).*phi(j,x)+diff_phi(i,x).*diff_phi(j,x),0,1);
end
b(j,1)=quad(@(x) phi(j,x).*f(x),0,1);
end
C=A\b;
syms x;
Un=0;
for i=1:N
Un=Un+C(i)*phi(i,x);
end
Un=Un+x;
numerical= double(vpa(subs(Un,'x',X)));
accurate=accurate_fun(X);
subplot(1,2,1)
plot(X,numerical,'r -',X,accurate,'b >');
title('numerical VS accurate');
legend('numerical','accurate');
grid on;
subplot(1,2,2);
plot(X,numerical-accurate,'g');
title('error');
grid on;
toc;
二、三角函数法:
tic;
clear
clc
% N=input('please key in the value of ''N''');
N=10;
M=100;
h=1/M;
X=0:h:1;
accurate_fun=inline('x.^2 - (2*exp(x))/(exp(1) + 1) - (2*exp(-x)*exp(1))/(exp(1) + 1) + 2');
f=inline('x.^2-x');
phi=inline('sin(i*pi*x)','i','x');
diff_phi=inline('i*pi*cos(i*pi*x)','i','x');
for j=1:N
for i=1:N
A(i,j)=quad(@(x)phi(i,x).*phi(j,x)+diff_phi(i,x).*diff_phi(j,x),0,1);
end
b(j,1)=quad(@(x) phi(j,x).*f(x),0,1);
end
C=A\b;
syms x;
Wn=0;
for i=1:N
Wn=Wn+C(i)*phi(i,x);
end
Un=Wn+x;
numerical=vpa(subs(Un,'x',X));
accurate=accurate_fun(X);
subplot(1,2,1)
plot(X,numerical,'r -',X,accurate,'g ^');
title('Ritz Galerkin method');
legend('numerical solution','accurate solution');
grid on;
subplot(1,2,2)
plot(X,numerical-accurate,'b');
title('error');
grid on;
toc;
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