11586

ВЕКТОРЫ И МАТРИЦЫ

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Лабораторная работа Векторы и матрицы Общие сведения Задачи линейной алгебры решаемые в MathCAD можно условно разделить на два класса. Первый это простейшие матричные операции которые сводятся к определенным арифметическим действиям над элементами матрицы. Они реал...

Русский

2013-04-10

39.75 KB

19 чел.

Лабораторная работа  Векторы и матрицы

Общие сведения

Задачи линейной алгебры, решаемые в MathCAD, можно условно разделить на два класса. Первый  это простейшие матричные операции, которые сводятся к определенным арифметическим действиям над элементами матрицы. Они реализованы в виде операторов и нескольких специфических функций, предназначенных для создания, объединения, сортировки, получения основных свойств матриц и т. д. Второй класс  это более сложные действия, которые реализуют алгоритмы вычислительной линейной алгебры, такие как вычисление определителей и обращение матриц, вычисление собственных векторов и собственных значений, решение систем линейных алгебраических уравнений и различные матричные разложения.

Простейшие операции матричной алгебры реализованы в MathCAD в виде операторов, причем их запись максимально приближена к математическому значению. Каждый оператор выражается соответствующим символом. Некоторые операции применимы только к квадратным матрицам N  N, некоторые допускаются только для векторов (например, скалярное произведение), а другие, несмотря на одинаковое написание, по-разному действуют на векторы и матрицы.

Создание матриц

Имеется два способа создать матрицу.

1-й способ. Использование команды создания массивов:

  1.  Воспользоваться командой Вставка  Матрица;
  2.  нажатие клавиш Ctrl+M;
  3.  выбор пиктограммы с изображением шаблона матрицы на панели инструментов Матрицы.

В диалоговом окне указать размерность матрицы, т. е. количество ее строк m (Rows) и столбцов n (Columns).

Для векторов один из этих параметров должен быть равен 1. При m = 1 получим вектор-столбец, а при n = 1- вектор-строку.

Далее на экране появится шаблон  , в который нужно  ввести значения элементов массива.

Обращаться к отдельным элементам вектора или матрицы можно используя нижний  индекс. Для элемента матрицы указываются два индекса, один  для номера строки, другой  для номера столбца.

Чтобы ввести нижний индекс, нужно нажать клавишу [ после имени вектора или матрицы или выбрать команду на панели Матрицы.

2-й способ. Использование ранжированной переменной. 

Ранжированная переменная используется для определения индекса (номера) элемента массива.

Например:

1) Создать матрицу В, состоящую из 2 строк и 3 столбцов.

2) Создать вектор S, состоящий из 3 элементов

Команды панели инструментов Матрицы

Кнопка

Назначение

Создание матрицы

Обратная матрица

Определитель матрицы

Транспонирование матрицы

Выделение столбца матрицы

Операторы для работы с массивами

Обозначения: для векторов  V, для матриц  М и для скалярных величин  z.

Оператор

Ввод

Назначение оператора

V1+V2

V1+V2

Сложение двух векторов V1 и V2

V1-V2

V1-V2

Вычитание двух векторов V1 и V2

Смена знака у элементов матрицы M

V-z

V-z

Вычитание из вектора V скаляра z

z*V, V*z

z*V, V*z

Умножение вектора V на скаляр z

z*M, M*z

z*M, M*z

Умножение матрицы М на скаляр z

V1*V2

VI*V2

Умножение двух векторов V1 и V2

M*V

M*V

Умножение матрицы М на вектор V

М1*М2

М1*М2

Умножение двух матриц М1 и М2

V/z

Деление вектора V на скаляр z

M/z

Деление матрицы М на скаляр z

М^n

Возведение матрицы М в степень п

Фрагмент документа MathCAD:

Функции для работы с векторами и матрицами.

Некоторые из них (V должен быть вектором, A может быть вектором либо матрицей):

length(V) возвращает число элементов в векторе v;

last(V)  возвращает индекс последнего элемента;

max(A)  возвращает максимальный по значению элемент;

min(A)  возвращает минимальный по значению элемент.

 Матричные функции 

Для работы с матрицами также существует ряд встроенных функций:

augment(M1, М2)  объединяет в одну матрицы М1 и М2, имеющие одинаковое число строк;

identity(n)  создает единичную квадратную матрицу размером , (n – размер матрицы(число));

stack(MI, M2)  объединяет две матрицы М1 и M2, имеющие одинаковое число столбцов, сажая M1 над M2;

diag(V)  создает диагональную матрицу, элемент главной диагонали которой  вектор V;

cols(M)  возвращает число столбцов матрицы М;

rows(M)  возвращает число строк матрицы М;

rank(M) возвращает ранг матрицы М;

tr(M)  возвращает след (сумму диагональных элементов) квадратной матрицы М;

mean(M)  возвращает среднее значение элементов массива М;

median(M)  возвращает медиану элементов массива М;

eigenvals(M)  возвращает вектор, элементами которого являются собственные значения матрицы M (M должна быть квадратной матрицей.);

submatrix(M,ir,jr,ic,jc)  возвращает подмассив, состоящий из всех элементов, которые содержатся в строках с ir по jr и столбцах с ic по jc массива М.

Символьные вычисления

Все матричные и векторные операторы допустимо использовать как в численных, так и в символьных расчетах. Мощь символьных операций заключается в возможности проводить их не только над конкретными числами, но и над переменными.

Фрагмент документа MathCAD:

Задания к лабораторной работе

  1.  Ввести в документ название лабораторной работы, вариант задания и фамилию студента
  2.  Создать квадратные матрицы А, В, D, размером (5,5,4 соответственно) первым способом
  3.  Исследовать следующие свойства матриц на примере преобразования заданных массивов:
  4.  транспонированная матрица суммы двух матриц равна сумме транспонированных матриц (A+B)T=AT+BT ;
  5.  транспонированная матрица произведения двух матриц равна сумме произведению транспонированных матриц, взятых в обратном порядке: (A*B)T=BT*AT ;
  6.  при транспонировании квадратной матрицы определитель не меняется : |D|=|DT|;
  7.  произведение квадратной матрицы на соответствующую ей квадратную дает единичную матрицу (элементы главной диагонали единичной матрицы равны 1, а все остальные – 0)   D*D-1=E.
  8.  Для матриц A,B найти обратные матрицы.
  9.  Найти определители матриц A,B.
  10.  Для матрицы А увеличить значения элементов в № раз, где №  номер варианта.
  11.  Для матрицы В увеличить значения элементов на №.
  12.  Создать вектор C вторым способом, количество элементов которого равно 6.
  13.  Применить к матрицам А, В, D встроенные матричные функции (всевозможные) из приведенных в пункте “Функции для работы…..”
  14.  Применить к вектору С встроенные векторные функции.
  15.  Применить ко всем матрицам и вектору общие встроенные функции.
  16.  Сохранить документ.

Контрольные вопросы

  1.  Как создать матрицу, вектор  строку, вектор  столбец?
  2.  Какие операторы есть для работы с матрицами?
  3.  Перечислите команды панели инструментов Матрицы.
  4.  Как вставить матричные функции?
  5.  Как выполнять вычисления, если матрица задана в символьном виде?

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

28111. Определить основные абстракции подсистемы, описание которой наведено в задании. Сделайте синтез информационной системы в виде диаграммы классов по принципу ВСЕ 3.45 MB
  Обеспечить доступ к глобальной сети сетей LAN2 и LAN3 по портм 20 21 80 119 если граничный маршрутизатор разрешает доступ в интернет только маршрутизатору с IP=10.29 запретить доступ сетей LAN2 и LAN3 к ресурсам сети LAN1 порты 139 445.
28112. электрообеспечение учет работ по заявкам жителей плановые ремонтные работы. 2.79 MB
  data Array1 db 1234 Array2 db 1 dup OFFh Array3 dw 1000h 2000h 3000h 4000h 5000h Array4 dw 5 dup0 Array5 dd 12345 Array6 db €œABCDEFG€ 0 mov axArray3 mov ax ptr Array2 mov bl byte ptr Array3 mov cx word ptr Array1 mov dx byte ptr Array5 mov dx dword ptr Array4 mov cx dword ptr Array2 mov si offset Array5 4.
28114. Визначить основні абстракції підсистеми, опис якої наведено у завданні. Виконайте синтез інформаційної системи у вигляді діаграми класів за принципом ВСЕ 3.57 MB
  У порту є кілька доків які можуть приймати кораблі різного класу. Ведеться облік кораблів які входять чи виходять з порту дата вид корабля тоннаж пункт призначення судновласник час знаходження в порту перевезений вантаж. Вхід і вихід з порту відбувається з дозволу начальника порту.