• Aranacak içerik:
25Eki
Matlab’de Matematiksel İşlemler

Bu yazıda sizlere limit, türev, integral ve diferansiyel denklemlerin Matlab’de nasıl çözüldüğünden bahsedeceğim.

Matlab’de Limit

Matematikte çok önemli bir yere sahip olan limit problemlerini Matlab’de çözmek mümkündür. Bunun için limit() komutunu kullanmamız gerekir. Komutun içerisine yazmamız gereken fonksiyon sembolik nesnelerden oluşmalıdır. Eğer sembolik nesne ile ilgili herhangi bir fikriniz yoksa buradan bir önceki yazımızı okumanızı tavsiye ederim. Komutun kullanılışı,

limit(fonksiyon,değişken,değer,left-right)

şeklindedir. Burada eğer fonksiyonumuz x değişkenine bağlı ise değişken yerine x yazılır. x değişkeninin yaklaşmaya çalıştığı değer b ise  değer yerine b yazılmalıdır. Eğer ki b değerine b+(sağdan) ya da b–(soldan) yaklaşıyorsak left veya right değerlerinden biri yazılmalıdır.

    \[lim_{x\to b^+}f(x)\]

ifadesinin limitini bulmak için komut satırına limit(f(x),x,b,right) ifadesi yazılmalıdır. Eğer değer yerine herhangi bir şey yazılmaz ise 0 olarak kabul edilir.

Limit x→∞ ise değer yerine inf, x→-∞ ise –inf yazılmalıdır.  Böylece limit bulunmuş olacaktır. Birkaç örnek yapalım.

Örnekler

    \[lim_{x \to \infty}\frac{7^{2x+1}-49.7^{x+3} }{49^{x-1}+77 } =?\]

INPUT:
 >> syms x;
 >> f = (7^(2*x+1) - 49*(7^(x+3)))/(49^(x-1) + 77);
 >> sonuc = limit(f,x,inf);
 >> sonuc
 OUTPUT:
 sonuc =
  343

    \[lim_{x \to {0}^{-}}\frac{9x}{|x|} =? \hspace{3em} lim_{x \to 1}\frac{3x^2-3}{x-1} =? \]

 INPUT:
 >> syms x;
 f1 = (9*x)/abs(x);
 >> sonuc1 = limit(f1,x,0,'left');
 >> sonuc1
 OUTPUT:
 sonuc1 =
 -9 

INPUT:
>> syms x;
>> f2 = (3*(x^2) - 3)/ (x-1);
>> sonuc2 = limit(f2,x,1);
>> sonuc2
OUTPUT:
sonuc2 = 
6

    \[lim_{x \to a}\frac{x^3-a^3}{sin(3x-3a)} =? \hspace{3em} lim_{x \to {1}^{+}}\frac{6x^2+5x+3}{9x} =? \]

INPUT:
syms x a;
f3 = ((x^3) - (a^3))/(sin(3x -3a));
sonuc3 = limit(f3,x,a) ;
sonuc3
OUTPUT:
sonuc3 =
a^2    

INPUT:
>> syms x;
>> f4 = (6*(x^2) + 5*x + 3) / (9*x);
>> sonuc4 = limit(f4,x,1,'right');
>> sonuc4
OUTPUT:
sonuc4 =
14/9

Matlab’de Türev

Mühendislik ve matematik başta olmak üzere birçok alanda karşımıza çıkan türev problemlerini matlab ile çözmek için diff() komutunu kullanmamız yeterlidir. Türevini hesaplama ihtiyacı duyduğumuz fonksiyonu diff() komutuna yazarken, fonksiyonun değişkenini matlab’de sembolik nesne olarak tanımlamış olmamız gerekir. Komutun kullanışı diff(fonksiyon,derece,değişken) şeklindedir. Fonksiyon ve değişken kısımlarına neler yazılması gerektiği limit() komutundan biliyoruz. Derece yerine ise fonksiyonun kaçıncı mertebeden türevinin olmaması gerektiği yazılmalıdır. Örnek olarak f(x) fonksiyonunun 2.mertebeden türevi hesaplanmak isteniyorsa komut satırına diff(f(x),2,x) yazılması yeterlidir. Matlab sonucu bize çıktı olarak gösterecektir.

Örnekler

    \[f(x)=7x^6+ 6x^5 + 10x^4 + 2x^2+ 1 \quad ise \quad f'(x) = ?\]

INPUT:
>> syms x;
>> f = 7*(x^6) + 6*(x^5) + 10*(x^4) + 2*(x^2) + 1;
>> sonuc = diff(f,1,x);
>> sonuc
OUTPUT:
sonuc = 
42*x^5 + 30*x^4 + 40*x^3 + 4*x

    \[f(x)=x^2tan(x)+cos^2(4x^2) \quad ise \quad f'(x) = ?\]

INPUT:
>>syms x;
>>f = (x^2)tan(x) + (cos(4(x^2)))^2;
>>sonuc = diff(f,1,x);
>>sonuc
OUTPUT:
>>sonuc =
>>2xtan(x) + x^2(tan(x)^2 + 1) - 16xcos(4x^2)sin(4x^2)

    \[f(x)=e^xsin(5x) \quad ise \quad f^3(x) = ?\]

INPUT:
>>syms x;
>>f = exp(x)(sin(5x));
>>sonuc = diff(f,3,x);
>>sonuc
OUTPUT:
>>sonuc =
>>-110cos(5x)exp(x) - 74sin(5x)exp(x)

    \[f(x)=\frac{1}{2+sin(2x)}\hspace{0.2 cm}ise\hspace{0.2 cm}f^2(x)=?\hspace{0.2 cm}ve\hspace{0.2 cm}x=5\hspace{0.2 cm}noktasındaki\hspace{0.2 cm}2. türevi\hspace{0.2 cm}nedir?\]

INPUT:
>>syms x;
>>f = (1)/(2 + sin(2x)); 
>>turevin_sonucu = diff(f,2,x);
>>sonuc = subs(turevin_sonucu,5);  %x = 5 noktasındaki 2.türevin sonucuna bakıyoruz.  
>>sonuc 
>>OUTPUT: 
>>sonuc =  (4sin(10))/(sin(10) + 2)^2 + (8*cos(10)^2)/(sin(10) + 2)^3

Matlab’de İntegral

Matlab’de int() komutunu kullanarak herhangi bir integral probleminin çözümünü bulabiliriz. Bu komutun içerisine yazacağımız fonksiyonun değişkeninin yine önceki iki komut gibi sembolik nesne olarak tanımlanmış olması gerekir. int() komutu ile belirli veya belirsiz integraller çözdürülebilir. Eğer belirsiz integral çözmek istiyorsak int(fonksiyon) komutunu kullanmalıyız. Fakat belirli integral çözmek istiyorsak int(fonksiyon,başlangıç değeri,bitiş değeri) komutunu kullanmamız yeterlidir. Bazı durumlarda matlab integrali hesaplayamayabilir. Bu durumda quad() komutunu kullanarak integralin yaklaşık değerini hesaplayabiliriz.

Örnekler

    \[\int (3x^5+2x^2+1)dx\hspace{0.2 cm}integralini\hspace{0.2 cm}hesaplayınız.\]

INPUT:
>> syms x;
>> f = 3*(x^5) + 2*(x^2) + 1;
>> sonuc = int(f);
OUTPUT:
sonuc =
x^6/2 + (2*x^3)/3 + x

    \[\int (x^2sin(x))dx\hspace{0.1 cm}integralini\hspace{0.1 cm}hesaplayınız.\]

INPUT:
>> syms x;
>> f = (x^2)*sin(x);
>> sonuc = int(f);
>> sonuc
OUTPUT:
sonuc =
2*x*sin(x) - cos(x)*(x^2 - 2)

    \[\int_{0}^1 \frac{2}{2+3x}dx\hspace{0.1 cm}integralini\hspace{0.1 cm}hesaplayınız.\]

INPUT:
>>syms x;
>>f = (2)/(2 + 3*x);
>>sonuc = int(f,0,1);
>>sonuc
OUTPUT:
>>sonuc =
>>log(50^(1/3)/2)

    \[\int_{0}^{\pi/2} sin^2(3x)cos(x)dx\hspace{0.1 cm}integralini\hspace{0.1 cm}hesaplayınız.\]

INPUT:
>>syms x;
>>f = ((sin(3x))^2)cos(x);
>>sonuc = int(f,0,pi/2);
>>sonuc
OUTPUT:
>>sonuc =
>>17/35

Bu tip integral hesaplamalarının dışında iki katlı ya da üç katlı integraller hesaplanabilir.

Çok Katlı İntegraller

    \[\int_{a}^{b}\int_{b}^{a}f(x,y)dxdy\]

biçimindeki iki katlı integrali hesaplamak için int(int(f(x,y),x,c,d),y,a,b) komutunun kullanılması yeterlidir. Burada dikkat edilmesi gereken husus, integral probleminde hangi değişkene göre integral önce hesaplanması gerekiyorsa, int(f(x,y),x,c,d) komutunun değişkeni ve sınırları ona göre belirlenmelidir. Eğer integral problemi ilk y değişkenine göre hesaplanması gerekseydi, içerideki komut int(f(x,y),y,c,d) şeklinde olurdu. Benzer şekilde üç katlı

    \[\int_{a}^{b}\int_{c}^{d}\int_{e}^{f}f(x,y,z)dxdydz\]

integralini hesaplamak için int(int(int(f(x,y,z),x,e,f),y,c,d),z,a,b) komutunu kullanmamız gerekir.

Örnekler

    \[\int_{0}^{3}\int_{0}^{x/4}(x^2+y^2)dydx\hspace{0.1 cm}integralini\hspace{0.1 cm}hesaplayınız.\]

INPUT:
>>syms x y;
>>f = (x^2) + (y^2);
>>sonuc = int(int(f,y,0,x/4),x,0,3);
>>sonuc
OUTPUT:
>>sonuc =    
>>1323/256

    \[\int_{0}^{4}\int_{0}^{5}\int_{0}^{3}(x^2y^2z^2)dxdydz\hspace{0.1 cm}integralini\hspace{0.1 cm}hesaplayınız.\]

INPUT:
>>syms x y z;
>>f = (x^2)(y^2)(z^2);
>>sonuc = int(int(int(f,x,0,3),y,0,5),z,0,4);
>>sonuc
OUTPUT:
>>sonuc =    
>>8000

Bu şekilde matlab’de herhangi bir integral problemini hesaplayabiliriz. Son olarak diferansiyel denklem çözümlerinden bahsedip yazıyı sonlandıracağım.

Matlab’de Diferansiyel Denklemler

Limit, türev, integral gibi matematik, fizik ve mühendislik alanlarında önemli bir yere sahip olan diferansiyel denklemleri matlab üzerinde çözebilmek mümkündür. Bilinmeyen fonksiyonun bir bağımsız değişkene bağlı olduğu adi diferansiyel denklemleri çözmek için Dsolve() komutu kullanılabilir. Komut içerisindeki d/dt ifadesi ‘D’ ile temsil edilir. Dsolve komutunun kullanımı Dsolve(‘Diferansiyel denklem’,başlangıç koşulları) şeklindedir. Diferansiyel denklemin matlab’de temsili aşağıdaki gibidir:

    \[y' = Dy, y'' = D2y, y''' = D3y, y'''' = D4y, … , = Dny\]

Örnekler

    \[y'' - 6y' + 25y = 0\hspace{0.1 cm}diferansiyel\hspace{0.1 cm}denklemini\hspace{0.1 cm}çözünüz.\]

INPUT:
>>syms x y;
>>x=dsolve('D2y-6Dy+25y=0');
>>x
OUTPUT:
>>x =
>>C1cos(4t)exp(3t) + C2sin(4t)exp(3t)

    \[y'' - y' - 2y = e^{4t}\hspace{0.1 cm}diferansiyel\hspace{0.1 cm}denklemini\hspace{0.1 cm}çözünüz.\]

INPUT:
>>syms x y t;
>>x=dsolve('D2y-Dy-2y=exp(4t)');
>>x
OUTPUT:
>>x =
>>exp(4t)/10 + C1exp(2t) + C2exp(-t)

    \[y'' - 8y' + 2y + 1= t\hspace{0.1 cm}diferansiyel\hspace{0.1 cm}denklemini\hspace{0.1 cm}\hspace{0.1 cm}y(0) =0\hspace{0.1 cm}ve\hspace{0.1 cm}y'(0) = -1\]

    \[koşulları\hspace{0.1 cm}altında\hspace{0.1 cm}çözünüz\hspace{0.1 cm}ve\hspace{0.1 cm}grafiğini\hspace{0.1 cm}çiziniz.\]

INPUT:
>>syms x y t;
>>x=dsolve('D2y+8Dy+2y+1=t','y(0)=0','Dy(0)=-1'); 
>>x
>>ezplot(x)
OUTPUT:
>>x =
>>t/2 + exp(t(14^(1/2) - 4))((1714^(1/2))/56 + 5/4) + (14^(1/2)exp(-t(14^(1/2) + 4))(5*14^(1/2) - 17))/56 - 5/2

MTLBI7J25966U28A3H
28May
Matlab’de Polinom Türevi ve Denklem Çözme

Bu yazıda sizlere Matematik’te sıklıkla karşımıza çıkan polinomların, türevlerinin ve denklem çözme problemlerinin Matlab’de nasıl hesaplandığından bahsedeceğim.

Polinom Türevi

Sabit katsayılı n. dereceden bir polinomun genel hali:

an xn + an-1 xn-1 + an-2 xn-2 + … + a1 x + a0 gibidir.

Bu polinomun türevi,

an n xn-1 + an-1 (n-1) xn-2 + an-2 (n-2) xn-3 + … + a1  şeklindedir.

Buna göre bir polinomun türevi alınabilir. Ancak bu türevi Matlab ile hesaplamak mümkündür. Bir polinomun Matlab’de türevini hesaplamak için polyder() fonksiyonu kullanılmalıdır. Bu fonksiyon içerisine polinomun katsayılarından oluşan satır vektörü yazıldığında sonuç olarak polinomun türevinin katsayılarından oluşan satır vektörü elde edilir. Örnek olarak P(x) = 5 x4 + 10 x3 + 3 x2 + x + 5 polinomunun türevini Matlab’de hesaplayalım.

INPUT:

>>p = [5 10 3 1 5]

OUTPUT:

p = 
    5    10     3     1     5

INPUT: 
  
>>polyder(p) 

OUTPUT: 
    ans =       2 >> % türev 20 x3 + 30 x2 + 6 x + 1 olarak elde edilir.
 

P(x) = 4 x2 + 5x + 3 ve P(x) = 5 x2 + 6 x + 5 iki polinomun çarpımının türevini Matlab’de hesaplayalım:

INPUT:

>>p1 = [4 5 0 3]


OUTPUT:

p1 = 
     4     5     0     3

INPUT: 
 >>p2 = [5 6 4] 

OUTPUT 

p2 = 

    5     6     4

INPUT: 
>>carpim = conv(p1,p2) 

OUTPUT: 

carpim =            20    49    46    35    18    12


INPUT: 
>>polyder(carpim)

OUTPUT: 
ans = 100 196 138 70 18 
>> %Polinomun türevi: 100 x4 + 196 x3 + 138 x2 + 70 x + 18

Parçalı Kesre Ayırma

Şimdi residue( ) fonksiyonundan bahsedelim. Bu fonksiyon tam kesir halinde verilen bir polinomu parçalı (basit) kesir şeklinde yazmamızı sağlıyor. A(x) ve B(x) iki polinom ise,

şeklindeki kesir ifadesini residue( ) fonksiyonu ile parçalı kesir halinde yazacağız. Öncelikle pay ve paydadaki polinomların katsayılarından oluşan satır vektörünü Matlab’de tanımlayalım.

b = [b1 b2 b3 b4 … bn]

b = [a1 a2 a3 a4 … an] şeklinde tanımlanır.

residue(b, a) fonksiyonunun kullanımı [r, p, k] = residue(b,a) gibidir. Burada r, n’inci parçalı kesrin payı, p, n’inci parçalı kesrin paydası ve k’da sabit terimdir. Böylece verilen tam kesrin parçalı hali aşağıdaki gibi olur:

Örnek olarak A(x)/B(x) = (x2 -2x+1)/ (x2 – 1) kesrini parçalı kesre ayıralım. Bu işlemi aşağıda görüldüğü gibi yapabiliriz:

INPUT:

>> b = [1 -2 1]

OUTPUT:

b =
    1    -2     1

INPUT: 
   >>a = [1 0 -1] 

OUTPUT: 
   a =     1     0    -1 

INPUT: 
>>[pay,payda,sabit] = residue(b,a) 


OUTPUT: 

 pay =        -2           0 
 
 payda =        -1         1 

 sabit =         1   

>> %Düzenlersek (-2/(x+1)) + (0/(x-1)) + 1 = (x-1)/(x+1) olarak bulunur.

 

 

Polinom ile ilgili daha fazla örnek çözümünü sonraki yazılarımızda paylaşmayı düşünüyorum. Şimdi ise Matlab’de birinci dereceden denklemlerin nasıl çözülebildiğine bakalım. Ancak denklem çözümüne geçmeden önce sizlere birkaç komuttan ve sembolik ifadeden bahsetmek istiyorum. Matlab’de integral, türev, limit ve denklem çözümü işlemleri hesaplarken sembolik nesnelere ihtiyacımız olur. Çünkü bu işlemlerde kullanacağımız fonksiyonlar sembolik nesneler ile çalışır. sym ve syms komutları bir değişkeni sembolik nesne yapmaya yarar. Örnek olarak: >> syms x; yazarsak, x değişkeni artık sembolik nesnedir.

pretty() ve simplify() Komutları

Aynı zamanda yaptığımız işlemlerin sonuçlarının daha anlaşılır ve sade olarak görülmesi için pretty() ve simplify( ) komutlarını kullanabiliriz. pretty( ) komutu, sembolik nesneden oluşan sonucun ekranda daha net olarak görünmesini sağlarken, simplify( ) komutu ise sonucu sadeleştirmek için kullanılır. Bu komutların kullanışlarını denklem çözümünde göstereceğim. Burada son olarak expand( ) ve factor( ) komutlarından bahsedeyim. expand( ) komutu, sembolik nesneden oluşan polinomların kuvvet açılımlarını yapmak içini factor( ) komutu ise kuvvet açılımı yapılmış polinomları eski haline dönüştürmek için kullanılır. Örnek olarak (x+1)9 ifadesinin kuvvet açılımını yapalım.

INPUT:

>>syms x;

>>kuvvet = (x+1)^9

OUTPUT:

kuvvet =
        (x + 1)^9 


INPUT:

>>expand(kuvvet)

OUTPUT:

ans =
      x^9 + 9x^8 + 36x^7 + 84x^6 + 126x^5 + 126x^4 + 84x^3 + 36x^2 + 9x + 1

 

INPUT:

>>syms x;

>>acilim = x^9 + 9x^8 + 36x^7 + 84x^6 + 126x^5 + 126x^4 + 84x^3 + 36x^2 + 9x + 1

OUTPUT:

acilim =
 
         x^9 + 9x^8 + 36x^7 + 84x^6 + 126x^5 + 126x^4 + 84x^3 + 36x^2 + 9x + 1

INPUT:

>>factor(acilim)

OUTPUT:

ans =
 
      [ x + 1, x + 1, x + 1, x + 1, x + 1, x + 1, x + 1, x + 1, x + 1]

DENKLEM ÇÖZÜMÜ

solve() komutu: Verilen denklem ya da denklemlerin, sembolik nesnelerden yararlanarak köklerini bulan komuttur. Komut solve(BURAYA DENKLEM YAZILIR) şeklinde kullanılır. Öncelikle tek bilinmeyenli denklem örneklerine bakalım. Örnek olarak x2 – 6 x – 3 = sqrt(3 x – 5) denkleminin çözümünü solve komutunu kullanarak bulalım. Bu hesaplama işlemi için aşağıdaki işlemler yapılabilir:

INPUT:

>>syms x;

>>cozum = solve(x^2-6x-3-(3x-5)^(1/2));

>>cozum

OUTPUT:

cozum =
 
        7
>>

 

 

Bir başka örnek için e(x2 + 3 x) – 15 x = 0 denklemini Matlab’de çözelim. Bu ifadeyi Matlab’de aşağıda görüldüğü gibi çözebiliriz:

 

INPUT:

>>syms x;

>>cozum = solve(exp(x^2+3*x)-15);

>>cozum

OUTPUT:

cozum =
       (4log(15) + 9)^(1/2)/2 - 3/2,(4log(15) + 9)^(1/2)/2 - 3/2
>>
 

İki ya da daha fazla bilinmeyenli denklemlerin çözümlerinde de aynı şekilde solve( ) komutu kullanılabilir. Bunun yanı sıra iki ya da daha fazla bilinmeyenli lineer denklemlerde solve( ) komutu kullanılmadan da çözüm bulmak mümkündür. Örnek olarak:

2x + 4y = 10

3x + 5y = 13 

lineer denklem sisteminin çözümünü bulalım.

Bunun için ilk olarak verilen denklemleri matris biçiminde yazalım. Bunu aşağıdaki gibi yazabiliriz:

[2 4 ; 3 5 ].[x ; y] = [10 ; 13]

Bu ifadede çarpma işlemi yapılırsa yukarıdaki denklem sistemi elde edilir. Eşitliğin iki tarafını soldan [2 4 ; 3 5]-1 ile çarpalım. Böylece,

[x ; y] = [2 4 ; 3 5]-1 . [10 ; 13] eşitliği elde edilir.

Eşitliğin sağ tarafındaki işlem yapıldığında bulmak istediğimiz x ve y değerlerine ulaşırız. Öncelikle Matlab’de eşitliğin sağ tarafında bulunan matrisleri tanımlayalım. Ardından [2 4; 3  5]  matrisinin tersiyle [10 ; 13] sütun vektörünü çarparak x ve y’yi elde edelim. Bu işlemin Matlab çıktısı aşağıdaki gibidir:

INPUT: 

>>A = [2 4;3 5];
>>A_tersi = inv(A)

OUTPUT:

A_tersi =
         -2.5000    2.0000
          1.5000   -1.0000

INPUT:

>>B = [10;13];
>>cozum = A_tersi*B

OUTPUT:

cozum =
              1.0000 2.0000 >>
 

Ancak bu denklem solve( ) komutu ile daha kolay bir şekilde çözülebilir. Aşağıda görüldüğü gibi çözüme ulaşılabiliriz:

INPUT:

>>syms x y;
>>[xc,yc] = solve(2x+4y-10,3x+5y-13)

OUTPUT:

xc =
 
    1

yc =
 
    2
>>
 

Başka bir yazıda Matlab’den bahsetmeye devam edeceğim.  

MTLB8E7953F7I2Q41W

 

<aside id="fiona_blog_post_categories_widget-3" class="widget widget_fiona_blog_post_categories_widget">
Articles About Algorithm and Programming
</aside><aside id="fiona_blog_post_categories_widget-4" class="widget widget_fiona_blog_post_categories_widget">
Articles about Mathematics
</aside><aside id="fiona_blog_post_categories_widget-5" class="widget widget_fiona_blog_post_categories_widget">
Articles About Mechanical Engineering
</aside><aside id="fiona_blog_post_categories_widget-7" class="widget widget_fiona_blog_post_categories_widget">
Articles About Software Science
</aside><aside id="fiona_blog_post_categories_widget-9" class="widget widget_fiona_blog_post_categories_widget">
Articles About MATLAB
</aside>
<div class="av-column-3 mb-av-0 mb-4"><aside id="social_widget-6" class="widget widget_social_widget"><h5 class="widget-title">Sosyal Hesaplar</h5> </aside></div>
2024 | pi404©