求解形如 dY=AY+B 的矩阵形式微分方程组步骤

课程设计编程衍生出来的问题,在网上没有搜到详细具体的步骤,故做此傻瓜教程作为补充。
设dY=AY+B为一标准的五阶常系数线性微分方程组。如下图所示:
标准方程形式
第一步:处理常数项
为计算方便,将等式右边两相合并。变形为
在这里插入图片描述
其中,矩阵M来自B,计算式为:
在这里插入图片描述
第二步:求解A阵的特征值λ和特征向量V
一般解微分方程组都是交给计算机的任务,这里直接使用matlab中的eig()函数求出,函数用法为:[λ,V]=eig(A);
此时,在matlab中,V为:由特征向量为每一列组成的五阶方阵,λ是:仅有以特征值为对角线元素构成的对角阵。
第三步:求解常系数C
方程组最终解的一般形式为下图所示(此时常数阵M还没有分离)
在这里插入图片描述
其中V1-5为A阵的特征向量,λ1-5为对应特征值,等式右边前半部分组成了一个5X5的方阵;而C1-5为我们要求得的常系数。
这里我们假设一个初始条件:t=0时Y中:y1-5的初值均为0。
得到(t=0条件下)等式变成了:
在这里插入图片描述
其中M为5X1的常数列矩阵,V为由特征向量为每一列组成的五阶方阵。变换求得C为:
在这里插入图片描述
此时,我们已经获得了组成答案的全部参数。将λ,V,c带入上面的一般形式,就得到了微分方程组的解。
同时在最后一步,不要忘记减去第一步处理的常数阵M。
最终方程组的某一个解,以y1为例,写出来就是:
在这里插入图片描述
其中Vk(1)为特征向量Vk(列向量)第1行的元素,M(1)为列向量M第一行的元素。


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