41820

Матричные операции. Применение стандартных функций Excel для работы с матрицами

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Ответьте на контрольные вопросы. Порядок выполнения: Поместим матрицу А и вектор b в блоки 2:C4 и E2:E4 соответственно рис. Выполните все приведенные ниже задания используя описанные способы и сравните с ответом Сложить матрицы Исходные матрицы Ответ Вычислить линейную комбинацию матриц Линейные комбинации...

Русский

2017-07-28

277.1 KB

35 чел.

Лабораторная работа

«Матричные операции»

Цели работы:

1) научиться применять стандартные функции Excel для работы с матрицами;

2) закрепить навыки самостоятельной учебной деятельности.

Задание:

  1.  Изучите п.1 «Учебный материал». Проделайте на рабочем листе линейные операции с матрицами (п.1.2), изменение табличной формулы (п.1.3), работу со стандартными функциями (п.1.4), решение систем уравнений (п.1.5).
  2.  Выполните задания, приведенные в п.2 (часть 1 и часть2).
  3.  Ответьте на контрольные вопросы.

  1.  Учебный материал

  1.  Понятие матрицы

Система mn чисел, расположенных в прямоугольную таблицу из m строк и n столбцов, называется матрицей. Обозначение:

Простейшие операции, которые можно проделывать с матрицами:

  1.  сложение (вычитание);
  2.  умножение на число;
  3.  перемножение;
  4.  транспонирование;
  5.  вычисление обратной матрицы;
  6.  вычисление определителя.

  1.  Линейные операции с матрицами

Линейные операции с матрицами рассмотрим на примере.

Пример. Найти разность матриц М и N.

,  

Порядок выполнения:

1) Введем матрицы M и N в ячейки A2:C3 и E2:G3, как показано на рис. 59.

Рис.59. Ввод исходных матриц в ячейки таблицы

2) Выделим диапазон ячеек I2:K3, в котором будет размещена новая матрица - результат вычитания, как показано на рис.60. В этом блоке активная ячейка I2.

Рис.60. Выделение диапазона ячеек для размещения результата вычитания матриц

3) Наберем знак равенства =.

4) Выделим мышью диапазон ячеек A2:C3 с первой матрицей М (в строке формул появится =A2:C3), затем нажмем знак вычитания , после чего выделим мышью диапазон ячеек E2:G3 со второй матрицей N. В строке формул появится формула, показанная на рис.61.

Рис.61. Введенная формула для нахождения разности двух матриц

5) Нажмем комбинацию клавиш <Ctrl+Shift+Enter> (а не Enter, как ранее при вводе формул), при этом в строке формул появится формула вида {=A2:C3-E2:G3} (табличная формула), а в ячейках таблицы I2:K3 – результат вычитания (рис.62). При этом фигурные скобки, окружающие табличную формулу, нельзя набирать вручную, иначе формула будет воспринята как текст.

Рис.62. Результат вычитания двух матриц

Аналогичным образом вычисляются любые другие линейные комбинации.

  1.  Изменение табличной формулы

При попытке очистить одну из ячеек, занятую созданной табличной формулой (выделив, например, ячейку I2, и нажав затем клавишу Del), появится сообщение «Нельзя изменять часть массива». Удалить блок можно только целиком.

Отредактировать введенную формулу можно следующим образом:

  1.  выделить блок с формулой (обычным способом или нажав комбинацию клавиш <Ctrl+/>;
  2.  нажать функциональную клавишу <F2>;
  3.  внести изменения в формулу;
  4.  нажать сочетание клавиш <Ctrl+Shift+Enter>.

Скорректируем введенную формулу, выполнив указанные выше шаги, изменив в ней знак вычитания на знак сложения. Результат будет, как показано на рис. 63.

Рис.63. Результат вычислений после внесения изменения в формулу

  1.  Стандартные функции для матричных операций

Стандартные функции Excel для работы с матрицами, относящиеся к категории Математические, следующие:

  1.  МУМНОЖ (массив1; массив2) – вычисление произведения двух массивов;
  2.  МОБР (массив) – вычисление обратной матрицы;
  3.  МОПРЕД (массив) – вычисление определителя матрицы.

Функция, относящаяся к категории Ссылки и массивы – ТРАНСП (массив) – транспонирование матрицы

Работу стандартных функций для работы с матрицами рассмотрим на примере.

Пример. Вычислить обратную матрицу для матрицы

Порядок выполнения:

  1.  Введем матрицу M в ячейки A2:C4 (рис. 6).
  2.  Выделим диапазон ячеек Е2:G4, в котором будет размещена новая матрица – обратная.
  3.  Вызовем Мастер функций. В категории Математические выберем функцию МОБР.
  4.  В открывшемся диалоговом окне выделим исходную матрицу (рис.64).

Рис.64. Работа с функцией МОБР

  1.  Нажмем комбинацию клавиш <Ctrl+Shift+Enter>, после чего в выделенных ячейках появится обратная матрица (рис.65).

Рис.65. Вычисленная обратная матрица

Подобным образом осуществляется работа с другими матричными функциями.

  1.   Решение систем уравнений с помощью матричных функций

Матричные функции позволяют решать систему линейных уравнений.

Пример. Решить систему уравнений по формуле .

Порядок выполнения:

  1.  Поместим матрицу А и вектор b в блоки A2:C4 и E2:E4 соответственно (рис.66).

Рис. 66. Помещение исходных данных в таблице для решения системы уравнения

  1.  Выделим ячейки таблицы, в которой будут помещены искомые коэффициенты x, y, z (рис.67).

Рис.67. Подготовленный диапазон ячеек для нахождения коэффициентов

  1.  Для нахождения коэффициентов по формуле необходимо будет воспользоваться функциями МУМНОЖ и МОБР, при этом функция МОБР будет вложена в функцию МУМНОЖ. Для этого в активной ячейке G2 вызовем вначале функцию МУМНОЖ (рис.68).

Рис. 68.  Вызов функции МУМНОЖ для нахождения коэффициентов уравнения

Затем в качестве первого аргумента в палитре функций выберем функцию МОБР, в качестве ее аргумента укажем диапазон ячеек A2:C4 с матрицей А (рис. 69).

Рис. 69.  Вызов вложенной функции МОБР

После этого, установив в строке формул курсор мыши на функцию МУМНОЖ, вернемся в окно этой функции и в качестве второго аргумента укажем диапазон ячеек E2:E4 с вектором b (рис.70).

Рис. 70.  Окно функции МУМНОЖ для ввода второго аргумента

  1.  Нажмем комбинацию клавиш <Ctrl+Shift+Enter>, после чего в выделенных ячейках появятся искомые коэффициенты (рис.71).

Рис. 71.  Найденное решение системы уравнений

  1.  Задания для выполнения лабораторной работы

Часть 1. Выполните все приведенные ниже задания, используя описанные способы, и сравните с ответом

  1.  Сложить матрицы

Исходные матрицы

Ответ

 

  1.  Вычислить линейную комбинацию матриц

Линейные комбинации

Ответ

1) M-N

2) 2M-2N+P

  1.  Вычислить определитель (det) матриц

Исходные матрицы

Ответ

det=1

det=0

  1.  Вычислить обратную матрицу

Исходные матрицы

Ответ

T1обр=

0,54918

0,008197

0,606557

0,098361

0,016393

0,213115

-0,11475

0,147541

-0,08197

T2обр=

0,261538

-0,03077

0,169231

0,292308

-0,44615

-0,04615

0,153846

-0,07692

-0,07692

  1.  Транспонировать матрицы

Исходные матрицы

Ответ

  1.  Дана матрица .

Вычислить матрицу

Ответ:

  1.  Дана матрица .

Вычислить матрицу

Ответ:

  1.  Дана матрица .

Вычислить матрицу  

Ответ:

  1.  Дана матрица .

Вычислить матрицу

Ответ:

Часть 2. Решить систему уравнений (в соответствии с выданным вариантом).

1.            Ответ: 0; 1; 3

2.              Ответ: 1,923077; 1,769231; 1,461538

3.                    Ответ: -1,5; -0,5; 7,5

4.              Ответ: 2,491803; 0,983607; 1,852459

5.     Ответ: -5,99687; -0,2662; 4,045992

6.   Ответ: -25,909; -0,9959; 23,97104

7.                     Ответ: 1; 1; 1

8.                     Ответ: решений нет

9.                       Ответ: -1; 1; 0

10.            Ответ:  -1,16667; 0,888889; 0,333333; 0,055556

11.                     Ответ: -2415; -26611; 79141

12.              Ответ: -0,78503; -0,78337; 0,957937

13. Ответ: -224,838; 2,149161; 43,70695; -178,812

14.           Ответ: 5,012048; -0,24867; -2,84634; 3,502785

15.           Ответ: -50,2749; -0,11628; 808,1882; -28,2868

Контрольные вопросы

  1.  Перечислите стандартные функции MS Excel для операций над матрицами и их аргументы.
  2.  К каким категориям стандартных функций они относятся?
  3.  Каким образом  завершается ввод формул для табличных форм?
  4.  Как перемножить две матрицы? Три матрицы?
  5.  Расскажите алгоритм решения систем уравнения с использованием матричных функций MS Excel.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

71648. Защита населения и территории при авариях на химически опасных объектах 56.5 KB
  Аварии на химически опасных объектах химическое загрязнение окружающей среды контроль химической обстановки. Химическиопасные объекты: Производящие использующие хранящие химически отравляющие вещества при аварии на которых возможно поражение людей животных растительности.
71649. ІСТОРІЯ РОЗВИТКУ ГІМНАСТИКИ 174.5 KB
  Під гімнастикою стародавні греки розуміли всі вправи, які застосовувались для фізичного розвитку. Безумовно, зміст древньогрецької гімнастики відрізняється від змісту гімнастики сучасної.
71650. Социально-экономическая и политическая обстановка в стране в 1920-30-е гг. Укрепление тоталитарного режима 90 KB
  Под ними понимались политические и экономические рычаги воздействия: полновластие РКПб государственный сектор в промышленности централизованная финансовая система монополия внешней торговли Главная политическая цель - снять социальную напряженность укрепить социальную базу...
71651. Статистика себестоимости продукции. Затраты на производство 172.5 KB
  В процессе производства продукции коммерческая организация использует конкретные материальные энергетические трудовые ресурсы формирующие затраты производства в натуральном выражении Объемы затрат на производство определяются видами продукции принятыми технологиями используемыми...
71652. Статистика научно-технического прогресса 40 KB
  Этапы и направления научно-технического прогресса Основные этапы научно-технического прогресса характеризуют такие направления как: Разработка новой техники выпуск первой промышленной серии. Освоение производства и выпуска новой техники характеризующееся показателем обновления...
71653. Статистика продукции промышленности 45 KB
  Это означает что продукция непромышленного производства например продукция подсобного сельского хозяйства капитального строительства столовых а также работы по капитальному и текущему ремонту зданий и сооружений включаются в объем продукции других отраслей материального производства.
71654. Статистика основного капитала 241.5 KB
  Для целей настоящего Положения при принятии к бухгалтерскому учету активов в качестве основных средств необходимо единовременное выполнение следующих условий: а использование в производстве продукции при выполнении работ или оказании услуг либо для управленческих нужд организации...
71655. Статистика оборотных фондов 168 KB
  Понятие и состав оборотных фондов как части национального богатства Оборотные фонды важная часть национального богатства страны ею наиболее мобильный постоянно возобновляемый элемент. Они являются материальной частью оборотных средств производителен в состав которых входят...
71656. Статистика труда. Трудовые ресурсы 140 KB
  Оценка величины трудовых ресурсов по данным о списочном числе работающих не отражает фактического их использования, т.к. базируется на определении среднесписочного состава относительно календарного времени, который не учитывает фактическое использование рабочего времени.