急求!!! 大学数学,用matlab解决问题,题目是一维抛物型偏微分方程差分解法 20

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显式前向欧拉法

源程序:

function [u,x,t] = EF_Euler(A,xf,T,it0,bx0,bxf,M,N)

%解方程 A u_xx = u_t , 0 <= x <= xf, 0 <= t <= T

%初值: u(x,0) = it0(x)

% 边界条件: u(0,t) = bx0(t), u(xf,t) = bxf(t)

% M : x 轴的等分段数

% N : t 轴的等分段数

dx = xf/M; x = [0:M]*dx;

dt = T/N; t = [0:N]'*dt;

for i= 1:M + 1

    u(i,1) =it0(x(i));

end

for j = 1:N + 1

    u([1 M + 1],j)= [bx0(t(j)); bxf(t(j))];

end

r = A*dt/dx/dx, r1 = 1 - 2*r;

if(r>0.5)

   disp('r>0.5,unstability');

end

for j = 1:N

    for i = 2:M

        u(i,j+1) =r*(u(i + 1,j) + u(i-1,j)) + r1*u(i,j); %(9.2.3)

    end

end

u=u';

%------------------------------------

在MATLAB中编写脚本文件:

A = 0.5; %方程系数

it0 = inline('sin(pi*x)','x'); %初始条件

bx0 = inline('0'); bxf = inline('0'); %边界条件

xf = 2; M = 80; T = 0.1; N = 100;

[u1,x,t] = EF_Euler(A,xf,T,it0,bx0,bxf,M,N);

figure(1),clf,mesh(u1)

xlabel('x')

ylabel('t')

zlabel('U')

title('r>0.5')

M=50;

[u1,x,t] = EF_Euler(A,xf,T,it0,bx0,bxf,M,N);

figure(2),clf,mesh(u1)

xlabel('x')

ylabel('t')

zlabel('U')

title('r<0.5')

%-----------------

隐式后向欧拉法

源程序:

function [u,x,t] = IB_Euler(A,xf,T,it0,bx0,bxf,M,N)

%解方程 A1 u_xx = u_t , 0 <= x <= xf, 0 <= t <= T

%初值: u(x,0) = it0(x)

% 边界条件: u(0,t) = bx0(t), u(xf,t) = bxf(t)

% M : x 轴的等分段数

% N : t 轴的等分段数

dx = xf/M; x = [0:M]*dx;

dt = T/N; t = [0:N]'*dt;

for i = 1:M + 1

    u(i,1) =it0(x(i));

end

for j = 1:N + 1

    u([1 M + 1],j)= [bx0(t(j)); bxf(t(j))];

end

r = A*dt/dx/dx;

r2 = 1 + 2*r;

for i = 1:M - 1

    P(i,i) = r2; %构造9.2.9的矩阵

    if i > 1

        P(i - 1,i)= -r; P(i,i - 1) = -r;

    end

end

for j = 2:N + 1

    b = [r*u(1,j);zeros(M - 3,1); r*u(M + 1,j)] + u(2:M,j - 1); %Eq.(9.2.9)

    u(2:M,j) =linsolve(P,b);

end

u=u';

%---------------------

在MATLAB中编写脚本文件:

A= 0.5; %方程系数

it0 = inline('sin(pi*x)','x'); %初始条件

bx0 = inline('0'); bxf = inline('0'); %边界条件

xf = 2; M = 50; T = 0.1; N = 100;

[u1,x,t] = IB_Euler(A,xf,T,it0,bx0,bxf,M,N);

mesh(u1)

xlabel('x')

ylabel('t')

zlabel('U')

%--------------

 Grank-Nicholson方法

源程序:

function [u,x,t] =Grank_Nicholson(A,xf,T,it0,bx0,bxf,M,N)

%解方程 A u_xx = u_t , 0 <= x <= xf, 0 <= t <= T

%初值: u(x,0) = it0(x)

% 边界条件: u(0,t) = bx0(t), u(xf,t) = bxf(t)

% M : x 轴的等分段数

% N : t 轴的等分段数

dx = xf/M; x = [0:M]*dx;

dt = T/N; t = [0:N]'*dt;

for i = 1:M + 1

    u(i,1) =it0(x(i));

end

for n = 1:N + 1

    u([1 M + 1],n)= [bx0(t(n)); bxf(t(n))];

end

r = A*dt/dx/dx;

r1 = 2*(1 + r); r2 = 2*(1 - r);

for i = 1:M - 1

    P(i,i) = r1; %(9.2.17)

    Q(i,i)=r2;

    if i > 1

        P(i - 1,i)= -r; P(i,i - 1) = -r; %(9.2.17)等式左边矩阵

        Q(i - 1,i)= r; Q(i,i - 1) = r;%(9.2.17)等式右边矩阵

    end

end

for k = 2:N + 1

   b=Q*u(2:M,k-1)+[r*(u(1,k)+u(1,k-1));zeros(M-2,1)];

    u(2:M,k) =linsolve(P,b); %(9.2.17)

end

u=u';

%-----------

在MATLAB中编写脚本文件:

A= 0.5; %方程系数

it0 = inline('sin(pi*x)','x'); %初始条件

bx0 = inline('0'); bxf = inline('0'); %边界条件

xf = 2; M = 25; T = 0.1; N = 100;

[u1,x,t] = Grank_Nicholson(A,xf,T,it0,bx0,bxf,M,N);

mesh(u1)

xlabel('x')

ylabel('t')

zlabel('U')

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