利用高階常微分方程模型 餓狼追兔問題

2021-03-21 15:45:34 字數 3405 閱讀 6640

1樓:

故(24)式可變為

3 11 2 10 2 200

30 3

y = x − x + (25)

令x=0,可求得y=

2003

=66.67

因為y=66.67>60,所以在狼追上兔子之前,兔子已經安全逃回到洞穴之中,餓狼只能

乾瞪眼了。

4.2 用數值方法求解兔子能否安全回到巢中

前面已經用解析法判斷出狼並沒有追上兔子,那麼我們現在再用數值微分法求出(9)

式中x=0 時y 的值,再將y 值與60 比較,若y 大於60,則也說明在兔子安全逃回洞穴之前,

狼沒有追上兔子,下面就是用數值微分法並借助matlab 軟體判斷狼是否能夠追上兔子的方

法:利用matlab 軟體中的ode45 函式求出二階常微分方程的初值,並求出x=100 時y 的值

即可判斷出狼是否能夠追上兔子[5]。具體matlab 程式如下:

先建立odefun 函式:

function f=odefun(x,y)

f(1,1)=y(2);

f(2,1)=sqrt(1+y(2).^2)./(2.*x);

再在主程式中輸入如下程式:

t=100:-0.1:0.1;

y0=[0 0];

[t,y] = ode45('odefun',t,y0);

n=size(y,1);

y(n,1)

即可輸出結果:

ans =63.5007

x=0.1 時,y=63.5007>60,而當x=0 時y>63.5007 當然也大於60,所以狼在兔子進洞之前

並沒有能夠追上兔子,一頓美餐就這樣從它眼前沒了。

5 結果分析

從圖 2 可以粗略的看出x=0 時y 的值大於60,用數學解析法也算出y 值等於66.67 大於

60,用數值微分法算出來的y 值也大於60。所以,從種種計算方法表明,在兔子就如洞穴

之前,狼時無法將其擒獲的。

如果換個角度考慮,假設狼知道兔子的洞穴所在,直接跑向其洞穴處守洞待兔。那麼根

據勾股定理[6],狼運動的距離s= 6 0 2 + 1 0 0 2 =116.6m,此時兔子運動距離為s/2=58.3<60。

也就是說兔子還沒有逃進洞裡,而狼已經再其洞口等待,那麼兔子就不敢進洞,只要兔子沒

法進洞,狼的速度是兔子的2 倍,狼就可將其擒獲。可惜,飢餓而又貪婪的狼只想著怎麼樣

快速的追上兔子美餐一頓,**有時間而且也不會進行這麼複雜的計算,並且很多情況下狼

是不知道兔子的洞穴所在,所以,狼只能在快要追到兔子的時候看著兔子溜掉而乾瞪眼了

2樓:葉南

現有乙隻兔子、一匹狼,兔子位於狼的正西100公尺處,假設兔子與狼同時發現對方並一起起跑,兔子往正北60公尺處的巢穴跑,而狼在追兔子。已知兔子、狼是勻速跑且狼的速度是兔子的兩倍。

要求:(1)建立狼的運動軌跡微分模型。

(2)畫出兔子與狼的運動軌跡圖形。

(3)用解析方法求解,問兔子能否安全回到巢穴?

(4)用數值方法求解,問兔子能否安全回到巢穴?

【注】常微分方程高階初值問題的matlab庫函式為:ode45。

語法為:[t,y] =ode45(odefun,tspan,y0)

例如函式: function dy = rigid(t,y)

dy = zeros(3,1); % a column vector

dy(1) = y(2) * y(3);

dy(2) = -y(1) * y(3);

dy(3) = -0.51 * y(1) * y(2);

設定選項:

options = odeset('reltol',1e-4,'abstol',[1e-4 1e-4 1e-5]);

求解得:

[t,y] = ode45(@rigid,[0 12],[0 1 1],options);

畫出解函式曲線圖形:

plot(t,y(:,1),'-',t,y(:,2),'-.',t,y(:,3),'.')

高數:常微分方程--高階微分方程,有三道題,求大神幫忙解答!

3樓:神的味噌汁世界

^第一題的問題:f(1)=2隱含著的條件是,f'(1)=2

所以,f(x)=c1x^2+c2,f『(x)=2c1x

c1=c2=1

第二題。你已經得出了y''-y'-2y=f(x),將y=xe^x帶入即可

f(x)=(d/dx-2)(d/dx+1)xe^x=e^x(d/dx-1)(d/dx+2)x=(1-2x)e^x

第三題。直到y''+y=-sinx都是正確的,我就不按你的做法繼續了

先解方程:y''+y=-e^(ix)

y=c1sinx+c2cosx+i/2xe^(ix)

則原方程解為y的虛部

y=c1sinx+c2cosx+1/2xcosx

f(0)=0

f'(0)=1

y(0)=c2=0

y'(0)=c1+1/2=1,c1=1/2

y=1/2sinx+1/2xcosx

常係數線性微分方程的求解有一些計算技巧,但是詳講起來篇幅較長

常數的問題,你看原式

f(x)=sinx+∫(0,x) tf(t)dt -x∫(0,x) f(t)dt

取x=0

f(0)=sin0+∫(0,0) tf(t)dt -0∫(0,0) f(t)dt=0

就是這樣推常數

常微分方程的六大模型

4樓:匿名使用者

常微分方程:抄

定義1:凡含有引數,未知函式和未知函式導數 (或微分) 的方程,稱為微分方程,有時簡稱為方程,未知函式是一元函式的微分方程稱作常微分方程,未知函式是多元函式的微分方程稱作偏微分方程。微分方程中出現的未知函式最高端導數的階數,稱為微分方程的階。

定義式如下:

定義2:任何代入微分方程後使其成為恆等式的函式,都叫做該方程的解.若微分方程的解中含有任意常數的個數與方程的階數相同,且任意常數之間不能合併,則稱此解為該方程的通解(或一般解).

當通解中的各任意常數都取特定值時所得到的解,稱為方程的特解。

一般地說,n 階微分方程的解含有 n個任意常數。也就是說,微分方程的解中含有任意常數的個數和方程的階數相同,這種解叫做微分方程的通解。通解構成乙個函式族。

如果根據實際問題要求出其中滿足某種指定條件的解來,那麼求這種解的問題叫做定解問題,對於乙個常微分方程的滿足定解條件的解叫做特解。對於高階微分方程可以引入新的未知函式,把它化為多個一階微分方程組。

高數題 常微分方程求解,大一高數常微分方程求解

已知y e 2x 是方程 x 2 y 2x 5 y 2y 0的乙個特解,求另一特解和通解 解 用x 2除方程兩邊,將原方程變為標準型 版y 2x 5 x 2 y 2 x 2 y 0 即有y 2 1 x 2 y 2 x 2 y 0 其中權p 2 1 x 2 則另一特解y 可由公式求得 故通解為 y c...

常微分方程的通解與全部解的關係,常微分,解,通解,特解的關係,舉例說明

對於常微分方程的通解 其與全部解的關係 實際上就是全部解用函式式子進行表示 得到的就是通解 對於線性微分方程來說,通解 所有解 而對於一般的微分方程來說,有些解可能不包含在通解式子中,即通解小於所有解 這兩種說法沒有區別,說到通解,指的就是全部解。不同的教材上說法不統一,兩種說法都是常用的。通解即全...

求解這個微分方程,求大神第三題,高數 常微分方程 高階微分方程,有三道題,求大神幫忙解答!

1 x y xy y 0 1 x y y xy y 1 0 u y y 則 u y y u 2 y y u 2 u 1 x u 2 u xu 1 0u 1 x 1 x u 2 ux 1 0u u 2 1 x 1 x x u 1 0再設1 u t t u u 2 t 1 x x xt 0 t 1 x ...