17587

ПРИЛОЖЕНИЯ ПАКЕТА MATHCAD В ЗАДАЧАХ ЛИНЕЙНОЙ АЛГЕБРЫ И МАТЕМАТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

ЛЕКЦИЯ 5. Приложения пакета Mathcad в задачах линейной алгебры и математического анализа 4.1 Задачи линейной алгебры в среде пакета Mathcad. 4.1.1 Определение и ввод матрицы в рабочий документ Mathcad Чтобы определить матрицу нужно: ввести с клавиатуры имя матрицы и знак п...

Русский

2013-07-04

268 KB

3 чел.

ЛЕКЦИЯ 5.

Приложения пакета Mathcad в задачах линейной алгебры и математического анализа

4.1 Задачи линейной алгебры в среде пакета Mathcad.

4.1.1 Определение и ввод матрицы в рабочий документ Mathcad

Чтобы определить матрицу нужно:

  1.  ввести с клавиатуры имя матрицы и знак присваивания (для ввода знака присваивания нужно нажать на клавиатуре комбинацию клавиш <Shift>+<:> или щелкнуть по кнопке<:=> панели Evaluation);
  2.  щелкнуть по кнопке Vector or Matrix Toolbar  в панели математических инструментов, чтобы открыть панель матричных операций Matrix);
  3.  открыть щелчком по кнопке Matrix or Vector окно диалога определения размерности матрицы и ввести размерность матрицы: число строк (Rows), число столбцов (Columns);
  4.  закрыть окно диалога, щелкнув по кнопке Ok.

В рабочем документе, справа от знака присваивания, открывается поле ввода матрицы с помеченными позициями для ввода элементов.

Для того, чтобы ввести элемент матрицы, установите курсор в помеченной позиции и введите с клавиатуры число или выражение.

4.1.2 Нумерация элементов матриц и векторов

Номер первой строки (столбца) матрицы или первой компоненты вектора, хранится в Mathcad в переменной ORIGIN.
По умолчанию в Mathcad координаты векторов, столбцы и строки матрицы нумеруются начиная с
0 (ORIGIN:=0). Поскольку в математической записи чаще используется нумерация с 1, удобно перед началом работы с матрицами  определять значение переменной ORIGIN равным 1, выполнять команду ORIGIN:=1.

4.1.3 Панель операций с матрицами и векторами

Панель векторных и матричных операций открывается щелчком по

кнопке Vector and Matrix Toolbar в панели математических инструментов.

За кнопками панели закреплены следующие функции:

— определение размеров матрицы;

— ввод нижнего индекса;

 — вычисление обратной матрицы;

— вычисление определителя матрицы: |A|=det A; вычисление длины вектора |x|;

 — поэлементные операции с матрицами:
если
A={aij }, B={bij }, то ;

— определение столбца матрицы: — j -й столбец матрицы M;

— транспонирование матрицы: M={mij }, M T ={mji };

— вычисление скалярного произведения векторов: ;

 — вычисление векторного произведения векторов:
a x b = (a2 b3 -a3 b2 , a3 b1 -a1 b3 , a1 b2 -a2 b1 );

 — вычисление суммы компонент вектора: ;

— определение диапазона изменения переменной;

— визуализация цифровой информации, сохраненной в матрице.

Для того чтобы выполнить какую-либо операцию с помощью панели инструментов, нужно выделить матрицу и щелкнуть в панели по кнопке операции, либо щелкнуть по кнопке в панели и ввести в помеченной позиции имя матрицы.

4.1.4 Меню символьных операций с матрицами

Меню символьных операций с матрицами (пункт Matrix меню Symbolics) содержит три функции:

  •  транспонирование (Transpose),
  •  обращение матрицы (Invert),
  •  вычисление определителя матрицы (Determinant).

Если требуется произвести какую-либо операцию через пункт Matrix меню Symbolics, нужно выделить матрицу и щелкнуть в меню по строке нужной операции.

4.1.5 Функции, предназначенные для решения задач линейной алгебры

Функции, предназначенные для решения задач линейной алгебры, можно разделить на три группы.

  •  Функции определения матриц и операций с блоками матриц.
  •  Функции отыскания различных числовых характеристик матриц.
  •  Функции, реализующие численные алгоритмы решения задач линейной алгебры.

Функции определения матриц и операции с блоками матриц:

  •  matrix(m, n, f) — создает и заполняет матрицу размерности m x n, элемент которой, расположенный в i -й строке, j -м столбце, равен значению f(i, j) функции f(x, y);
  •  diag(v) — создает диагональную матрица, элементы главной диагонали которой хранятся в векторе v;
  •  identity(n) — создает единичную матрицу порядка n;
  •  augment(A, B) — формирует матрицу, в первых с т о л б ц а х которой содержится матрица A, а в последних — матрица B (матрицы A и B имеют одинаковое число строк);
  •  stack(A, B) — формирует матрицу, в первых с т р о к а х которой содержится матрица A, а в последних — матрица B (матрицы A и B имеют одинаковое число столбцов);
  •  submatrix(A, ir, jr, ic, jc) — формирует матрицу, которая является блоком матрицы A, расположенным в строках с ir по jr и в столбцах с ic по jc, ir <= jr, ic <= jc.

Функции отыскания различных числовых характеристик матриц:

  •  last(v) — вычисление номера последнего элемента вектора v;
  •  lenght(v) — вычисление количества элементов v вектора;
  •  rows(A) — вычисление числа строк в матрице A;
  •  cols(A) — вычисление числа столбцов в матрице A;
  •  max(A) — вычисление наибольшего элемента в матрицы A;
  •  tr(A) — вычисление следа квадратной матрицы A (след матрицы равен сумме ее диагональных элементов);
  •  rank(A) — вычисление ранга матрицы A;
  •  norm1(A), norm2(A), norme(A), normi(A) — вычисление норм квадратной матрицы A.

Функции, реализующие численные алгоритмы решения задач линейной алгебры:

  •  rref(A) — приведение матрицы к ступенчатому виду с единичным базисным минором (выполняются элементарные операции со строками матрицы);
  •  eigenvals(A) — вычисление собственных значений квадратной матрицы А ;
  •  eigenvecs(A) — вычисление собственных векторов квадратной матрицы А; значением функции является матрица, столбцы которой есть собственные векторы матрицы А; порядок следования векторов отвечает порядку следования собственных значений, вычисленных функцией eigenvals(A);
  •  eigenvec(A, l) — вычисление собственного вектора матрицы А, отвечающего собственному значению l;
  •  lsolve(A, b) — решение системы линейных алгебраических уравнений Ax=b.

4.2 Задачи математического анализа в среде пакета Mathcad

4.2.1 Вычисление пределов

Для вычисления пределов предназначены три кнопки в панели Calculus панели математических инструментов:

 -   оператор вычисления предела функции в точке или на бесконечности;

и  -   операторы вычисления односторонних пределов соответсвенно справа и слева.

Для вычисления предела нужно:

  •  щелкнуть по свободному месту в рабочем документе, затем щелкнуть по нужной кнопке, ввести с клавиатуры в помеченных позициях имя или выражение допредельной функции и предельной точки;
  •  выделить все выражение и щелкнуть по строке Symbolically в пункте Evaluate меню Symbolics (или щелкнуть по кнопке в панели символьных операций Symbolic).

4.2.2 Дифференцирование

Чтобы найти производную нужно:

  •  щелкнуть по свободному месту в рабочем документе, щелкнуть в панели Calculus по кнопке , ввести с клавиатуры в помеченных позициях имя или выражение функции и аргумента;
  •  заключить все выражение в выделяющую рамку и щелкнуть по строке Symbolically в пункте Evaluate меню Symbolics  (или щелкнуть по кнопке в панели символьных операций Symbolic).

Чтобы найти производные высших порядков нужно:

  •  щелкнуть по свободному месту в рабочем документе, щелкнуть в панели Calculus по кнопке , ввести с клавиатуры в помеченных позициях имя или выражение функции и аргумента;
  •  заключить все выражение в выделяющую рамку и щелкнуть по строке Symbolically в пункте Evaluate меню Symbolics  (или щелкнуть по кнопке в панели символьных операций Symbolic).

Чтобы найти производную с помощью меню нужно:

  •  ввести в рабочий документ выражение для функции;
  •  выделить аргумент и щелкнуть по строке Differentiate в пункте Variable меню Symbolics.

4.2.3 Интегрирование

Чтобы найти неопределенный интеграл нужно:

  •  щелкнуть по свободному месту в рабочем документе, щелкнуть в панели Calculus по кнопке ,   ввести с клавиатуры в помеченных позициях выражение функции и имя переменной интегрирования;
  •  заключить все выражение в выделяющую рамку и щелкнуть по строке Symbolically в пункте Evaluate меню Symbolics  (или щелкнуть по кнопке в панели символьных операций Symbolic).

Чтобы вычислить определенный интеграл нужно:

  •  щелкнуть по свободному месту в рабочем документе, щелкнуть в панели Calculus по кнопке ,   ввести с клавиатуры в помеченных позициях выражение функции, имя переменной интегрирования и пределов интегрирования;
  •  заключить все выражение в выделяющую рамку и щелкнуть по строке Symbolically в пункте Evaluate меню Symbolics  (или щелкнуть по кнопке в панели символьных операций Symbolic).

Чтобы найти неопределенный интеграл с помощью меню нужно:

  •  ввести в рабочий документ выражение для интегрируемой функции;
  •  выделить аргумент и щелкнуть по строке Integrate в пункте Variable меню Symbolics.

4.2.4 Суммирование рядов

Чтобы вычислить конечную сумму и сумму сходящегося ряда нужно:

  •  щелкнуть по свободному месту в рабочем документе, щелкнуть в панели Calculus по кнопке ,   ввести с клавиатуры в помеченных позициях выражение функции, имя индекса суммирования, его первое и последнее значения (для рядов нужно ввести в качестве последнего значения символ бесконечности, щелкнув по кнопке в той же панели);
  •  заключить все выражение в выделяющую рамку и щелкнуть по строке Symbolically в пункте Evaluate меню Symbolics  (или щелкнуть по кнопке в панели символьных операций Symbolic).
    Чтобы получить вычисленное значение в десятичном формате, нужно выделить его, щелкнуть   по строке
    Floating Point в пункте Evaluate меню Symbolics и ввести в окне диалога требуемое число десятичных знаков.

Можно сразу получить значение суммы в десятичном формате, щелкнув вместо Symbolically по строке Floating Point.

4.2.5 Разложение функций по формуле Тейлора

Чтобы найти разложение функции по формуле Тейлора в окрестности любой точки из области определения функции нужно:

  •  щелкнуть по свободному месту в рабочем документе, щелкнуть в панели Symbolic по кнопке ;
  •  ввести с клавиатуры перед ключевым словом  series выражение для функции, после ключевого слова - выражение <имя переменной = точка, в окрестности которой строится разложение> и степень старшего члена в разложении (знак равенства можно ввести, щелкнув по соответсвующей кнопке панели Boolean);
  •  щелкнуть в рабочем документе вне выделяющей рамки;
    в рабочем документе отображается только сам многочлен Тейлора (частичная сумма ряда Тейлора).

Чтобы найти разложение функции по формуле Тейлора с помощью меню нужно:

  •  ввести функцию, выделить переменную, щелкнуть по строке Expand to Series в пункте Variable меню Symbolics;
  •  ввести в окне диалога степень старшего члена в разложении и щелкнуть по кнопке Ok; в рабочем документе отображается соответствующее разложение с остаточным членом в форме Пеано.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

6802. Определение параметров электрических колебаний 208 KB
  Цель работы: В лабораторной работе ставится целью определение параметров электрических колебаний по их осциллограммам. Содержание отчета. Измерение параметров синусоидального напряжения с помощью осциллографа. Схема исследуемой электр...
6803. Измерение постоянного напряжения и силы электрического тока 173 KB
  Измерение постоянного напряжения и силы электрического тока. Цель работы: ознакомиться с измерительными приборами, изучить методику измерений постоянных напряжений и токов, определения погрешностей и обработки результатов эксперимента. Теорети...
6804. Автоматизация разметки блок-схем алгоритмов 84.4 KB
  Автоматизация разметки блок-схем алгоритмов. Номер зачётной книжки: 831910 =100000011111112 Алгоритм обнаружения бесконечных циклов: Проверяем все операционные вершины на наличие перехода назад, если есть переход назад - помечаем блок д...
6805. Пасивне мережеве обладнання 109 KB
  Мета роботи: дослідити принципи побудови та функціонування мереж типу Ethernet. Теоретична частина Загальні відомості. Ethernet був започаткований у 1970 році (Dr. Robert M. Metcalfe) в дослідницькому центрі фірми Xerox. Перша система Ethernet...
6806. Ограничения целостности в SQL Oracle 188.5 KB
  Ограничения целостности в SQL Oracle Цели лабораторной работы Изучить возможности SQL Oracle по описанию и поддержанию ограничений целостности. Приобрести практический опыт по описанию ограничений целостности. Теоретические о...
6807. Измерение сопротивления прямым и косвенным методами 68 KB
  Измерение сопротивления прямым и косвенным методами. Подготовка приборов к измерению сопротивления В7-26 Переключатель рода работ перевести в положение r и проверить нулевое положение указателя при замкнутых накоротко гнездах...
6808. Одержання тонкоплівкових структур термічним випаровуванням у вакуумі 66.5 KB
  Одержання тонкоплівкових структур термічним випаровуванням у вакуумі Ціль роботи: ознайомлення з методом осадження тонкоплівкових покриттів з пари речовини, що випаровується у вакуумі. Робота містить у собі одержання металевих плівок методом термічн...
6809. Базова VLAN Конфігурація 572 KB
  Базова VLAN Конфігурація Діаграма топології Таблиця адрес Пристрій (Ім'я хоста) Інтерфейс IP адрес Маска підмережі Шлюз по замовчуванню S1 VLAN 99 172.17.99.11 255.255.255.0 N/A S2 VLAN....
6810. Параметрична ідентифікація параметрів з використанням функцій чутливості 116.93 KB
  Параметрична ідентифікація параметрів з використанням функцій чутливості. Для математичної моделі коливання трьох мас, які поєднані між собою пружинами з відповідними жорсткостями, і відомої функції спостереження координат моделі потрі...