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TM-aktuell

Gleichgewicht bei einer weichen Feder, Lösung mit Matlab

Es wird zunächst beschrieben, wie die “Eingabe von Hand” (Lösen Schritt für Schritt) vorzunehmen ist, anschließend wird die Möglichkeit des Downloads der M-Dateien und das Einlesen dieser Dateien in Matlab demonstriert.

Lösen “Schritt für Schritt”:

  • Matlab starten,
     
  • File | New | M-file (siehe nebenstehendes Bild).
     
  • Es öffnet sich ein Fenster “Untitled”. Es empfiehlt sich in diesem Fall, die etwas kompliziertere Funktionsdefinition in einer separaten Datei unterzubringen.
     
  • Deshalb wird zunächst die durch die Problemparameter (Zeilen 3 und 4) und den Formelsatz (Zeilen 6 bis 12) definierte Funktionswertberechnung (nebenstehendes Bild) programmiert. Die Funktion fcn136 gibt einen Wert (über out1) an den Funktionsaufruf zurück.
  • File | Save As... öffnet das “Save file as:”-Fenster, und die Funktion sollte als Datei fcn136.m gespeichert werden.
  • File | New | M-file öffnet ein neues “Untitled”-Fenster, in das zunächst z. B. nur die nebenstehend zu sehenden Befehle eingegeben werden, mit denen die graphische Darstellung der Funktion im Bereich 0 ... 2π erzeugt werden soll (weil die Funktion fcn136 noch mehrmals gebraucht werden wird, empfiehlt sich die vorherige Definition eines “Handles”).
  • Debug | Save and run öffnet zunächst das “Save file as:”-Fenster, in dem man als Dateinamen z. B. Seite136.m eingibt. Nach Anklicken von “Speichern” wird man eventuell (sofern man die Dateien nicht in das voreingestellte Verzeichnis gespeichert hat) gefragt, ob man das Verzeichnis wechseln möchte, was man unbedingt bestätigen sollte. Danach findet man die graphische Darstellung der Funktion in einem separaten Fenster:

  • Man erkennt, dass die Funktion im betrachteten Intervall 4 Nullstellen hat, und man sieht, wo sie ungefähr liegen. Von den verschiedenen Möglichkeiten, mit der Matlab-Funktion fzero Nullstellen zu berechnen, werden nebenstehend zwei demonstriert: Die Nullstelle β2 wird “in der Nähe von β = 3”  gesucht, die übrigen drei Nullstellen jeweils in einem Intervall, in dem die Graphik eine Nullstelle ausgewiesen hat.

 

 

  • Debug | Save and run führt nun dazu,dass die Ergebnisse, die in den Zeilen 10 bis 13 berechnet werden, in das “Command Window” geschrieben werden (nebenstehendes Bild).

Die Dateien fcn136.m und Seite136.m (wie oben “Schritt für Schritt” erzeugt) sind zum Download verfügbar. Nachfolgend wird beschrieben, wie diese Dateien in Matlab eingelesen und abgearbeitet werden können (sie sollten dazu beide im selben Verzeichnis stehen).

M-Dateien einlesen und abarbeiten:

  • Matlab starten,
     
  • File | Open.
     
  • Es öffnet sich das “Open”-Fenster (siehe nebenstehendes Bild), in dem man in das Verzeichnis wechselt (hier: Downloads), in dem sich die beiden Dateien befinden (unter “Dateityp” sollte “All MATLAB Files” eingestellt sein). Die Datei Seite136.m wird ausgewählt.
     
  • Nach Anklicken von “Öffnen” (oder Doppelklick auf den Dateinamen in der Liste) ...
  • ... wird die Datei in einem neuen Fenster geöffnet.
  • Debug | Run (im Menüangebot dieses Fensters, siehe nebenstehendes Bild) führt möglicherweise auf die Bemerkung, dass die Datei nicht im eingestellten Verzeichnis oder in einem Matlab-Pfad gefunden wurde und dieFrage, ob dies durch “Change MATLAB current directory” behoben werden soll, was man mit OK bestätigen sollte. Danach (gegebenenfalls auch direkt ohne diese Zwischenfrage) ...
     
  • ... wird die Rechnung ausgeführt, und in einem separaten Graphik-Fenster sieht man den Funktionsverlauf und im “Command Window” von Matlab werden die Ergebnisse angezeigt (siehe oben).

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