Matlab实验指导书含答案

1、Matlab操作环境熟悉一、实验目的1 .初步了解Matlab操作环境。2. 学习使用图形函数计算器命令funtool及其环境。二、实验内容熟悉Matlab操作环境，认识命令窗口、内存工作区窗口、历史命令窗口；学会使用format命令调整命令窗口的数据显示格式；学会使用变量和矩阵的输入，并进行简单的计算；学会使用who和whos命令查看内存变量信息；学会使用图形函数计算器funtool,并进行下歹0计算：1. 单函数运算操作。(1) ?求下列函数的符号导数y=sin(x);y=(1+x)A3*(2-x);?求下列函数的符号积分y=cos(x);y=1/(1+xA2);y=1/sqrt(1-xA

2、2);y=(x-1)/(x+1)/(x+2);(2) ?求反函数y=(x-1)/(2*x+3);y=exp(x);y=log(x+sqrt(1+xA2);(1) ?代数式的化简(x+1)*(x-1)*(x-2)/(x-3)/(x-4);sin(x)A2+cos(x)A2;x+sin(x)+2*x-3*cos(x)+4*x*sin(x);2. 函数与参数的运算操作。?从y=xA2通过参数的选择去观察下歹U函数的图形变化y1=(x+1)A2y2=(x+2)A2(3)y3=2*xA2y4=xA2+2(5)y5=xA4y6=xA2/23. 两个函数之间的操作(1) ?求和sin(x)+cos(x)1+

3、x+xA2+xA3+xA4+xA5(1) ?乘积exp(-x)*sin(x)sin(x)*x(1) ?商sin(x)/cos(x);x/(1+xA2);1/(x-1)/(x-2);?求复合函数y=exp(u)u=sin(x)y=sqrt(u)u=1+exp(xA2)y=sin(u)u=asin(x)y=sinh(u)u=-x三、设计提示1.初次接触Matlab应该注意函数表达式的文本式描述。2. 在使用图形函数计算器funtool时，注意观察1号和2号窗口中函数的图形。四、实验报告要求1.针对图形函数计算器funtool,对每一类型计算记录其中一个图形的曲线。2. 书写实验报告时要结构合理，层

4、次分明，在分析描述的时候，需要注意语言的流畅。实验二：M文件和Mat文件操作一、实验目的1. 定制自己的工作环境。2. 编写简单的M文件。3. 保存内存工作区中的变量到.mat文件。4. 学会只用Matlab帮助。二、实验内容1 .使用format命令和File|Peferences菜单定制自己的工作环境。2 .编写如下M文件，试调整参数a的大小，观察并记录y1、y2的波形特征。3. %example1.mt=0:pi/100:4*pi;a=3;y2=exp(-t/a);y1=y2.*sin(a*t);plot(t,y1,'-r',t,y2,':b',t,-y2

5、,':b');保存内存工作区变量a、t、y1、y2到example1.mat文件；关闭Matlab,再重新启动；观察内存工作区；重新根据.mat文件恢复原来的工作区变量。在命令窗口中查看exp函数的帮助；运行helpwin查看超文本格式的帮助文件，试翻译并记录下信号处理工具箱(SignalProcessingToolbox)中的函数分类(Functions-CategoricalList)。三、设计提示1. 可以用命令语句、菜单或按钮等多种方式执行命令。2. 用于编辑M文件的文本编辑器还可以执行和调试程序。3. 不同的工具箱可能包含同名的函数，查看帮助时应注意在左侧栏选择相应的

6、工具箱类别。四、实验报告要求1.对实验内容2,说明参数a的大小对y1、y2波形特征的影响。2. 翻译命令窗口中的exp函数的帮助信息。.运行helpwin，试翻译并记录下信号处理工具箱(SignalProcessingToolbox中的函数分类(Functions-CategoricalList)。4. 书写实验报告时要结构合理，层次分明，在分析描述的时候，需要注意语言的流畅。实验三：矩阵运算与元素群运算、实验目的1. 掌握数组与矩阵的创建。2. 掌握矩阵运算与数组运算。3. 掌握基本元素群运算。4. 掌握向量与矩阵的特殊处理。、实验内容1. “：”号的用法。用“：”号生成行向量a=12345

7、678910b=531-1-3-5;2. 用线性等分命令linspace重新生成上述的a和b向量。3. 在100和10000之间用对数等分命令logspace生成10维的向量c。4. 生成范围在0,10、均值为5的3X5维的均匀分布随机数矩阵Do利用magic函数生成5X5维的魔方矩阵，取其对角向量e,并根据向量e生成一个对角矩阵E。（所谓魔方矩阵就是各行、各列、各对角线元素之和相等。）另AA是3X3维魔方矩阵，BB是由A旋转180°得到。CC是一个复数矩阵，其实部为AA,虚部为BB。DD是CC的转置,EE是CC的共钥。分别计算CC和EE的模和幅角。5. f是一个首项为20,公比为0

8、.5的10维等比数列；g是一个首项为1,公差为3的10维等差数列。试计算向量f和g的内积s。8.生成一个9X9维的魔方矩阵，提取其中心的3X3维子矩阵M,利用sum函数检验其各行和各列的和是否相等。9.已知T23453456,利用函数生成左上三角矩阵T1234034004000三、设计提示1. 等比数列可利用首项和公比的元素群的籍乘积生成。2. 提取子矩阵，可灵活应用“：”号或空阵。3. 尽量用Matlab函数生成上述矩阵或向量，不要用手工逐个输入。四、实验报告要求1. 编写实现第二节实验内容中所使用的函数命令，并记录相应的生成结果。2.思考题：是否存在2X2维的魔方矩阵？。3. 书写实验报告

9、时要结构合理，层次分明，在分析描述的时候，需要注意语言的流畅。五，参考答案1.代码：a=1:10b=5:-2:-5a=12345678910b=531-1-3-51.代码：linspace(1,10,10)linspace(5,-5,6)ans=12345678910ans=531-1-3-52.代码：logspace(2,4,10)ans=1.0e+004*0.01000.01670.02780.04640.07740.12920.21540.35940.59951.00003.代码：D=10*rand(3,5)结果：D=0.15279.31818.46226.72146.81287.467

10、94.65995.25158.38123.79484.45104.18652.02650.19648.31805. 代码：A=magic(5);e=diag(A);E=diag(e)结果；E=17000005000001300000210000096. 代码：AA=magic(3);BB=rot90(AA,2);CC=AA+j*BB;DD=CC.'EE=conj(CC);A=abs(CC)B=angle(CC)C=abs(EE)D=angle(EE)结果：A8.24629.05547.21117.61587.07117.61587.21119.05548.2462B=0.24501.4

11、6010.58801.16590.78540.40490.98280.11071.3258C:8.24629.05547.21117.61587.07117.61587.21119.05548.2462D-0.2450-1.4601-0.5880-1.1659-0.7854-0.4049-0.9828-0.1107-1.32587. 代码：f=20*0.5.10:9);g=1:3:28;s=dot(f,g)结果：s=158.67198. 代码：A=magic(9);M=A(4:6,4:6);sum(A,1)sum(A,2)结果：ans=369369369369369369369369369an

12、s=3693693693693693693693699. 369代码：4567400000T=1,2,3,4;2,3,4,5;3,4,5,6;4,5,6,7A=rot90(T);B=tril(A);T1=rot90(B,-1)结果：T=1 22 33 45T1=1 22 33 44 0实验四：线性方程组的求解一、实验目的1. 掌握恰定方程组的解法。2. 了解欠定方程组、超定方程组的解法。3. 掌握左除法求解线性方程组。4. 学会测试程序的运行时间。二、实验内容1. 用两种方法求下列方程组的解，并比较两种方法执行的时间。2. 判定下列方程是恰定方程组、欠定方程组还是超定方程组，并求其解。3. 用

13、网孔电流法求如下电路的各支路电流。用结点电压法求如下电路的结点电压Uni、Un20三、设计提示1.在计算程序的执行时间之前，应注意用clear命令将内存变量活空。2. 求得线性方程组的解之后，代入原方程验证是否正确。四、实验报告要求1. 编写实现第二节实验内容中所使用的函数命令，并记录相应的生成结果。2. 对于电路的求解，应列出相应的网孔方程和结点方程，并注意方向。3. 书写实验报告时要结构合理，层次分明，在分析描述的时候，需要注意语言的流畅。五、参考答案第一题：A=7,14,-9,-2,5;3,-15,-13,-6,-4;-11,-9,-2,5,7;5,7,14,16,-2;-2,5,12,

14、-11,-4;B=100;200;300;400;500;X=AB结果：X=370.9455-224.7276238.3333-138.1891503.6378第二题：A=6,9,14,-11,5;1,14,-7,-15,-6;-2,1,-7,12,-1;6,11,11,-9,-13;B=68;294;-441;103;X=AB结果：X=0-26.3759-5.4126-38.3960-8.2392第三题：A=1,1,-1,1;0,20,40,0;60,0,40,0;0,0,40,40;B=0;10;50;-40;X=ABX=0.78570.35710.0714-1.0714实验五：函数编写与

15、程序设计、实验目的1. 掌握函数的编写规则。2. 掌握函数的调用。3.会用Matlab程序设计实现一些工程算法问题、实验内容1 .编写一个y,y1,y2=mwave(f1,m1,f2,m2)函数，实现以下功能，并绘出y1、y2、y在t0,2兀区间500个样点的图形。(其中调用参数2<f1、f2<20Hz；0.5<m1、m2<2)程序设计：相传古代印度国王要褒奖他的聪明能十的宰相达依尔(国际象棋发明者)，问他要什么？达依尔回答：“陛下只要在国际象棋棋盘的第一个格子上放一粒麦子，第二个格子上放二粒麦子，以后每个格子的麦子数都按前一格的两倍计算。如果陛下按此法给我64格的麦子

16、，就感激不尽，其他什么也不要了。”国王想：“这还不容易！”让人扛了一袋麦子，但很快用光了，再扛出一袋还不够，请你为国王算一下共要给达依尔多少小麦？(1袋小麦约1.4X108粒)。2. 程序设计：公元前五世纪我国古代数学家张丘建在算经一书中提出了“白鸡问题”：鸡翁一值钱五，鸡母一值钱三，鸡雏三值钱一。白钱买白鸡，问鸡翁、母、雏各几何？1. 三、设计提示函数名和函数文件名应相同；对调用参数的取值范围要检验是否符合要求，如不符合要求，应给出出错信息(用if和error函数实现)。2. 程序设计一一“白鸡问题”答案不唯一。提示：设x:鸡翁数,则x的范围：019;y:鸡母数，WJy的范围：033;z：鸡

17、雏数，WJz的范围：0100。四、实验报告要求1. 编写实现第二节实验内容(1)所使用的函数文件。.程序设计用M文件编写，并记录执行结果。“白鸡问题”答案不唯一，要给出所有答案。3. 书写实验报告时要结构合理，层次分明，在分析描述的时候，需要注意语言的流畅。五、参考答案第1题：functiony,y1,y2=mwave(f1,m1,f2,m2)%根据给定的频率和幅值计算标准正弦函数y1、y2及其叠加y的波形。if(f1<2)|(f1>20)error('f1超出范围！'),return,endif(f2<2)|(f1>20)error('f2超出

18、范围！'),return,endif(m1<0.5)|(m1>2)error('m1超出范围！'),return,endif(m2<0.5)|(m2>2)error('m2超出范围！'),return,end%t=0:2*pi/(500-1):2*pi;y1=m1*sin(2*pi*f1*t);y2=m2*sin(2*pi*f2*t);y=y1+y2;figuresubplot(311);plot(t,y1);title('y1波形');subplot(312);plot(t,y2);title('y2波形

19、');subplot(313);plot(t,y);title('y=y1+y2波形');%=第2题：a=1;s=0fori=1:64s=s+a;a=2*a;endn=s/1.4/10A8运行后得：n=1.3176e+011第3题：解设x:鸡翁数，贝Ux的范围：019y:鸡母数，My的范围：033z:鸡雏数，WJz的范围：0100则：x+y+z=1005x+3y+z/3=100这是一个欠定方程。forx=0:19fory=0:33forz=0:100if(x+y+z=100)&(5*x+3*y+z/3=100)d=x,y,zendendendend运行后得结果:

20、d=02575d=41878d=81181d=12484实验六：二维图形和三维图形的创建一、实验目的1. 掌握二维图形的绘制。2. 掌握图形的标注3. 了解三维曲线和曲面图形的绘制。1. 二、实验内容生成1X10维的随机数向量a,分别用红、黄、蓝、绿色绘出其连线图、脉冲图、阶梯图和条形图，并分别标出标题“连线图”、“脉冲图”、“阶梯图”、“条形图”。.一一x.2. 在同一个图形窗口中，绘制两条曲线2x、y21/2;并分别在靠近相网的曲线处标注其函数表达式。3. 编写一个mcircle(r)函数，调用该函数时，根据给定的半径r,以原点为圆心画一个如图所示的红色空心圆。(图例半径r=5)(1)绘一

21、个圆柱螺旋线(形似弹簧)图。圆柱截面直径为10,高度为5,每圈上升高度为1。如左图所示。(2)利用(1)的结果，对程序做少许修改，得到如右图所示图形。三、设计提示1.Matlab允许在一个图形中画多条曲线：plot(x1,y1,x2,y2,)指令绘制y1f1(x1),y2f2(x2)等多条曲线。Matlab自动给这些曲线以不同颜色。标注可用text函数。2. 绘图时可以考虑极坐标和直角坐标的转换。3. 三维曲线绘图函数为plot3。四、实验报告要求1. 编写实现第二节实验内容中所使用的函数命令，并对二-2记录相应的生成结果。2. 书写实验报告时要结构合理，层次分明，在分析描述的时候，需要注意语

22、言的流畅。五、参考答案第一题t=rand(1,10);figure(1)subplot(221);plot(t,'r');title('连线图')subplot(222);stem(t,'y');title('脉冲图');subplot(223);stairs(t,'b');title('阶梯图');subplot(224);bar(t,'g');title('条形图');第二题：x=1:1:50;y1=2.Ax;y2=(1/2).Ax;figure(1)plot(x

23、,y1,'r',x,y2,'g');gtext('y1=2，x');gtext('y2=(1/2)Ax');第3题：functiony,t=mcircle(r)%根据给定的半径r,以原点为圆心画一个红色空心圆t=0:2*pi/64:2*pi;y=r*ones(size(t);subplot(121),polar(t,y,'*r')X,Y=pol2cart(t,y);%或者采用如下方法转换%X=r*cos(t);%Y=r*sin(t);subplot(122),plot(X,Y,'*r')axiseq

24、ual;axissquare;第4题：t=0:pi/180:2*pi*5;r1=10/2;x1=r1*cos(t);y1=r1*sin(t);z=t/(2*pi);subplot(121),plot3(x1,y1,z)gridon%r2=linspace(5,0,length(t);x2=r2.*cos(t);y2=r2.*sin(t);subplot(122),plot3(x2,y2,z)gridon实验七：Matlab多项式和符号运算一、实验目的1.掌握Matlab多项式的运算。2. 了解符号运算。二、实验内容(边做实验，边将生成结果和图形拷贝到Word文档中)1.将多项式P(x)(x2)

25、(x3)(x7)(x1)化为x的降籍排列。2. 求一元高次方程的根。3. 求一元高次方程的根，并画出左边多项式函数在x2,2区间内的曲线4.求多项式fi(x)x33x25x7和f2(x)8x36x24x2的乘积f(x)；并求f(x)f(x)f2(x)的商和余式4. 求yx5tan(4x2)3的符号导数。用符号运算求实验内容4中的f(x)的表达式三、设计提示1.关丁多项式运算的函数有poly、roots等。2. 多项式做加减运算时要注意等长度。3. 符号表达式的输入可以用字符申方式，也可以用sym函数。四、实验报告要求1. 编写实现第二节实验内容中所使用的函数文件，并记录相应的生成结果和图形2.

26、 对丁多项式的结果应以多项式向量和多项式表达式两种方式记录。3. 书写实验报告时要结构合理，层次分明，在分析描述的时候，需要注意语言的流畅。五、参考答案第1题：P=poly(2,-3,7,-1)结果：P=1-5-192942即：P(x)x45x319x229x42第2题：P1=1-5-30150273-1365-8204100576-2880;x1=roots(P1)结果：x1=5.0000-4.00004.0000-3.00003.0000-2.0000-1.00002.00001.0000第3题：P2=10-201;x2=roots(P2)n=1;forx=-2:0.01:2y(n)=su

27、m(P2.*(x.A(length(P2)-1):-1:0);%或者y(n)=xA4-2*xA2+1;n=n+1;endx=-2:0.01:2;Plot(x,y)结果：(有重根！)x2=1.0000+0.0000i1.0000-0.0000i-1.0000+0.0000i-1.0000-0.0000i第4题：f1=1357;f2=8-64-2;f=conv(f1,f2)f11=zeros(1,length(f)-length(f1),f1q,r=deconv(f-f11,f2)结果：f=8%补0,与f同维18f(x)268x636-2818-14543218x26x36x28x18x14000

28、135q=1.00003.00005.0000r=0000-3.750076.8750-4.5000-7.2500第5题：y='xA5+tan(4*xA2)+3'diff(y)结果：即：f11=ans=5*xA4+8*(1+tan(4*xA2)A2)*x第6题：f1=sym('xA3+3*xA2+5*x+7');f2=sym('8*xA3-6*xA2+4*x-2');f=f1*f2collect(f)(f-f1)/f2collect(ans)结果：f=(xA3+3*xA2+5*x+7)*(8*xA3-6*xA2+4*x-2)f=8*xA6+18*

29、xA5+26*xA4+36*xA3-28*xA2+18*x-14h=(-21+8*xA6+18*xA5+26*xA4+35*xA3-31*xA2+13*x)/(8*xA3-6*xA2+4*x-2)h=(-21+8*xA6+18*xA5+26*xA4+35*xA3-31*xA2+13*x)/(8*xA3-6*xA2+4*x-2)实验八：线性时不变系统的时域响应1. 、实验目的掌握线性时不变系统的三种描述形式传递函数描述法、零极点增益描述法、状态空间描述法。2. 掌握三种描述形式之间的转换。3. 掌握连续和离散系统频率响应的求解。、实验内容(边做实验，边将生成结果和图形拷贝到Word文档中)1.生

30、成20个点的单位脉冲信号、单位阶跃信号，并记录下函数命令和波形。2.生成占空比为30%的矩形波。3.将连续系统H(s)0.5(S1)(S3)转化为传递函数的形式，并显示其表(s1)(s2)(s4)达式。4.将离散系统H(z)135z212z234转化为零极点增益的描述11.6z11.3z20.9z30.5z4形式，并显示其表达式。5分别求实验内容3和4的频率响应(对离散系统取256样点，采样频率取8000Hz)。6.分别求实验内容3和4的单位冲激响应(对离散系统，作60样点图)。1. 三、设计提示显示传递函数模型用tf(b,a);显示零极点增益模型用zpk(z,p,k)。注意：z、p为歹0向量

31、。2. 连续系统频率响应用freqs函数；离散系统用freqz函数。3. 连续系统冲激响应用impulse函数；离散系统用impz函数。四、实验报告要求1. 编写实现第二节实验内容中所使用的函数文件，并记录相应的生成结果。2. 书写实验报告时要结构合理，层次分明，在分析描述的时候，需要注意语言的流畅。五、参考答案第一题:k=-4:15x=zeros(1,4),1,zeros(1,15)subplot(1,2,1)stem(k,x)y=zeros(1,4),ones(1,16)subplot(1,2,2)stem(k,y)结果：第二题f=2;t=0:0.001:2w=2*pi*f*ty=squa

32、re(w,30)axis(0202)holdonplot(t,y)结果：第3题：k=0.5;z=1,-3'P=-1,-2,-4'sys_zpk=zpk(z,p,k)b,a=zp2tf(z,p,k);sys_tf=tf(b,a)结果：Zero/pole/gain:0.5(s-1)(s+3)(s+1)(s+2)(s+4)Transferfunction:0.5sA2+s-1.5sA3+7sA2+14s+8第4题：b=352;a=1-1.61.3-.9.5;systf=tf(b,a,'variable','zA-1')%显示传递函数z,p,k=tf2z

33、p(b,a);syszpk=zpk(z,p,k,'variable','zA-1')%显示零点增益结果：Transferfunction:3+5zA-1+2zA-21-1.6zA-1+1.3zA-2-0.9zA-3+0.5zA-4Samplingtime:unspecifiedZero/pole/gain:3zA-2(1+zA-1)(1+0.6667zA-1)(1-1.685zA-1+0.8654zA-2)(1+0.08497zA-1+0.5778zA-2)Samplingtime:unspecified第5题：k=0.5;z=1,-3'p=-1,-2,

34、-4'b,a=zp2tf(z,p,k);freqs(b,a)结果：b=352;a=1-1.61.3-.9.5;freqz(b,a,256,8000)%Fs=8000结果：第6题：k=0.5;z=1,-3'p=-1,-2,-4'sys3=zpk(z,p,k);impulse(sys3)%频率响应结果：b=352;a=1-1.61.3-.9.5;impz(b,a,60)实验九：数字滤波器设计与语音信号处理一、实验目的1.掌握Butterworth滤波器、Chebyshev型型、II型滤波器的设计，并能用于对语音信号子频带的提取。2. 了解FIR滤波器的设计。1. 二、实验内

35、容（边做实验，边将生成结果和图形拷贝到Word文档中）将Test1.wav和Test2.wav两个语音文件复制到目录下。2. 设计一个4阶的Chebyshev皿型模拟高通滤波器，要求截止频率fc1kHz,阻带纹波不超过-30dB。取采样频率Fs10kHz。要求结果给出该滤波器的传递函数表达式，并画出该滤波器的频率响应曲线图。3.设计一个6阶的Butterworth数字带通滤波器，要求截止频率01000Hz,fc23000Hz,取采样频率Fs10kHz。要求结果给出该滤波器的传递函数表达式，并画出该滤波器的频率响应曲线图。设计一个6阶的Butterworth数字低通滤波器，从一段含噪声语音信号T

36、est2.wav（04kHz,Fs=8kHz）中提取出500Hz以下的子带信号。在一个图形窗口中分上下两个子窗口分别显示原始语音信号波形和滤波后的500Hz以下子带信号波形。4. 设计一个65阶的FIR数字滤波器，通带（归一化）：。0.45、0.650.85。画出该滤波器的频率响应曲线图。三、设计提示1. 设计滤波器时，注意频率的归一化。2. Chebyshev皿型模拟高通滤波器设计，用函数cheby2（n,Rs,Wn,'high','s）其中Rs=30（即表示：阻带纹波不超过-30dB）。3. 设计IIR带通或带阻滤波器时，若给滤波器函数的参数为n,则设计出来的是2n

37、阶的滤波器。4. 设计高通滤波器，用high'关键字；带通用bandpass键字。5. 查看模拟滤波器的频率响应曲线用freqs函数，查看数字滤波器的频率响应曲线用freqz函数。6. 对于FIR滤波器的设计，第一通带如果从0开始，则应加关键字DC-1'。1. 四、实验报告要求编写实现第二节实验内容所使用的M文件，并在Word文档中记录相应的生成结果和图形。2. 书写实验报告时要结构合理，层次分明，在分析描述的时候，需要注意语言的流畅。五、参考答案第2题：fc=1000;Fs=10000;Wn=fc/(Fs/2);枷一化n=4;Rs=30;b,a=cheby2(n,Rs,Wn,'high','s');sys=tf(b,a)freqs(b,a);结果：sA4-1.42e-017sA3+0.04sA2-2.938e-018s+0.0002sA4+0.6442sA3+0.2475sA2+0.05581s+0.006325第3题：fc1=1000;fc2=3000;Fs=10000;Wn=fc1,fc2/(Fs/2);枷一化n=6;b,a=butter(n/2,Wn,'bandpass&