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实验一MATLAB计算复积分和留数
实验一 MATLAB计算留数和积分
(一) 实验类型:验证性
(二) 实验类别:基础实验
(三) 实验学时数:2学时
(四) 实验目的
1、熟悉MATLAB基本命令与操作;
2、掌握MATLAB计算留数;
3、掌握MATLAB计算封闭曲线上的复积分.
(五) 实验内容
MATLAB基本命令与实际操作
MATLAB基本命令
1、在 MATLAB 中求函数的留数的方法较简单,如果已知奇点和重数,则可用下面的MATLAB语句求出相应的留数.
R=limit(f*(z-z0),z,z0) % 简单极点
R=limit(diff(f*(z-z0)^m,z,m-1)/prod(1:m-1);z,z0) % m阶极点
2、在MATLAB 中用函数Residue,可以计算有理函数的留数.
调用格式如下:
格式:[R, P, K]=residue(B,A)
说明:向量B为f(z)的分子系数;
向量A为f(z)的分母系数;
向量R为留数;
向量P为极点位置;
向量k为直接项:
(六) 实验要求
1、学生在实验操作过程中自己动手独立完成,1人为1组。
2、完成实验报告:按照试验的每个题目的具体要求完成
(七) 实验仪器、设备
计算机(安装Windows98 、Windows2000 或Windows XP或以上)
(八) 实验课承担单位:信息与计算实验室
1.1 求孤立奇点处的留数
1.2 利用留数定理计算闭合路径的积分
1.1求孤立奇点处的留数
1.1.1 用下面MATLAB语句求函数的留数.
当是简单极点时,用MATLAB语句R=limit(f*(z-z0),z,z0)求函数的留数;
当是m阶极点时,用MATLAB语句
R=limit(diff(f*(z-z0)^m,z,m-1)/prod(1:m-1);z,z0)
求函数的留数.
例1 试求函数的孤立奇点处的留数.
【解】分析原函数可知:是三阶极点,是简单极点,因此可以直接使用下面的MATLAB语句分别求出这两个奇点的留数.
【Matlab源程序】
syms z
f=sin(z+pi/3)*exp(-2*z)/(z^3*(z-1))
R=limit(diff(f*z^3,z,2)/prod(1:2),z,0)
%仿真结果为:R = -1/4*3^(1/2)+1/2?;
limit(f*(z-1),z,1)
%仿真结果为:R =1/2*exp(-2)*sin(1)+1/2*exp(-2)*cos(1)*3^(1/2).
练习题1 求函数在和处的留数.
%结果为:
R=-2*pi/(pi^2-8*pi+16)
R=(cos(2)+2*sin(2))/cos(2)^2
1.1.2 对于有理函数的留数计算,在MATLAB 中用函数Residue.
调用格式如下:
格式:[R, P, K]=residue(B,A)
说明:向量B为f(z)的分子系数;
向量A为f(z)的分母系数;
向量R为留数;
向量P为极点位置;
向量k为直接项:
直接项是指有理分式的展开式中的,即为没有奇点的项, 例如下式:
例2求函数在奇点处的留数.
【解】【Matlab源程序】
[R,P,K]= residue ([1,0,1],[1,1])
%结果为:
R= 2
P = -1
K = 1 -1
练习题2 求函数 在奇点处的留数.
【解】【Matlab源程序】
[R,P,K]= residue ([1,-1,0,1],[1,-4,3])
%结果为:
R= 9.5000
-0.5000
P = 3 1
K = 1 3
1.2 利用留数定理计算闭合路径的积分
对闭合路径的积分,先计算闭区域内各孤立奇点的留数,再利用留数定理可得积分值.
留数定理:设函数在区域D内除有限个孤立奇点外处处解析,为D 内包围诸奇点的一条正向简单闭曲线,则
例3 计算积分,其中C是正向圆周.
【解】先求被积函数的留数
【Matlab源程序】
[R,P,K]= residue ([2,-1,1],[1,-1])
%结果为:
R= 2
P = 1
K = 2
可见在圆周内有一个极点,所以积分值等于
S=2*pi*i*2
%结果为S =0+12.5664i
故原积分
练习题3 计算积分的值.
例4 计算积分的值.
【解】【Matlab源程序】
clear
syms t z
z=2*cos(t)+i*2*sin(t);
f=1/(z+i)^10/(z-1)/(z-3);
inc=int(f*diff(z),t,0,2*pi)
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