- •Содержание
- •Тема 1 Решение систем линейных уравнений Постановка задачи. Система линейных алгебраических уравнений имеет вид:
- •Практикум
- •Цель работы: изучить особенности различных методов решения систем линейных алгебраических уравнений (далее — слау), приобрести навыки решения слау с помощью средств ms Excel и MathCad.
- •Задание 1. Используя методы Гаусса, простых итераций и Зейделя, разработайте схемы соответствующих алгоритмов решения слау в среде ms Excel.
- •Пример выполнения задания
- •Прямой ход метода Гаусса:
- •Пример выполнения задания
- •Метод обратной матрицы:
- •С помощью функции lsolve():
- •С помощью функции Given…Find():
- •Метод Гаусса:
- •Контрольные вопросы
- •Тема 2 Решение нелинейных уравнений
- •Разработайте алгоритмы решения нелинейных уравнений методами: деления отрезка пополам, хорд, касательных (Ньютона).
- •Найдите решения нелинейных уравнений, приведенных в таблице 2.1 (в соответствии со своим вариантом), с использованием функции root(..) математического пакета MathCad.
- •Пример выполнения задания
- •Оцените полученные результаты в Delphi и MathCad, сделайте вывод.
- •Контрольные вопросы
- •Тема 3 Аппроксимация и интерполирование функций
- •Разработайте схемы алгоритмов интерполирования функций по методам Лагранжа, Ньютона, наименьших квадратов.
- •Произведите интерполирование и аппроксимацию табличных функций на отрезке [a; b] с шагом h средствами MathCad.
- •Пример выполнения задания
- •Пример выполнения задания
- •2.3. Произведите интерполирование табличных функций методом Лагранжа и Ньютона на отрезке [a, b] с шагом h средствами Delphi.
- •Произведите сравнительный анализ полученных результатов. Вычислите среднее квадратичное отклонение метода наименьших квадратов в средах Excel и MathCad. Сделайте вывод.
- •Контрольные вопросы
- •Тема 4 Численное интегрирование
- •Разработайте схемы алгоритмов интегрирования функций по методам трапеций и Симпсона.
- •Проведите интегрирование тех же функций (табл. 4.1) средствами пакета MathCad и Excel. Пример выполнения задания
- •Вычислите абсолютные погрешности методов интегрирования функций по формуле:
- •На основании результатов полученных в заданиях 2, 3 проведите сравнительный анализ методов численного интегрирования.
- •Контрольные вопросы
- •Тема 5 Численное решение дифференциальных уравнений
- •Разработайте схемы алгоритмов решения обыкновенного дифференциального уравнения методами Эйлера и Рунге-Кутта 4-го порядка точности.
- •Решите дифференциальное уравнение (в соответствии со своим вариантом) с помощью MathCad, используя встроенные функции и методы Эйлера и Рунге-Кутта 4-го порядка.
- •Пример выполнения задания
- •Пример выполнения задания
- •Пример выполнения задания
- •Пример выполнения задания
- •Вычислите погрешности методов решения дифференциальных уравнений.
- •На основании результатов задания 2, 3, 4 провести сравнительный анализ методов численного решения дифференциальных уравнений.
- •Контрольные вопросы
- •Список источников Основной
- •Дополнительный
- •Приложение а Математические формулы
- •Простые типы данных языка Object Pascal
- •Команды меню и панели инструментов среды MathCad
- •Встроенные операторы и функции
- •225404 Г., Барановичи, ул. Войкова, 21
Встроенные операторы и функции
Таблица ПГ.1 – Арифметические операторы
Оператор |
Клавиши |
Скаляр |
Вектор |
Матрица |
:= |
<:> |
Присваивание |
|
|
= |
<~> |
Глобальное присваивание |
||
= |
<=> |
Численный вывод |
||
– |
<Ctrl>+<=> |
Символьный вывод |
||
+ |
<+> |
Сложение |
||
– |
<-> |
Вычитание или отрицание (унарная операция) |
||
x |
<*> <Ctrl>+<8> |
Умножение |
Матричное умножение, умножение на скаляр |
|
|
|
|
Скалярное произведение |
|
/ |
</> либо <Ctrl>+</> |
|
Деление |
|
! |
<!> |
|
Факториал |
|
- |
<"> |
Комплексное сопряжение |
||
|
<\> |
Квадратный корень |
||
<Ctrl>+<\> |
Корень n-й степени |
|||
<'> |
Скобки (изменение приоритета) |
|||
<[> |
|
Нижний индекс |
|
|
<Ctrl>+<1> |
|
Транспонирование |
||
<Shift>+<\> |
Модуль |
Модуль вектора |
Определитель |
|
<Ctrl>+<4> |
|
Сумма элементов |
|
|
|
Обратная величина |
Обратная матрица |
||
<^>+n |
Возведение в степень n |
Возведение матрицы в степень n |
||
<Ctrl>+<-> |
|
Векторизация |
|
|
<Ctrl>+<6> |
|
Выделение столбца |
Примечание
Скалярные операции над векторами и матрицами, если это не оговорено особо, производятся независимо над их каждым элементом, как над скаляром.
Таблица ПГ.2 – Вычислительные операторы
Оператор |
Клавиши |
Описание |
<Shift>+<7> |
Определенный интеграл |
|
<Ctrl>+<!> |
Неопределенный интеграл |
|
<?> |
Дифференцирование |
|
<Ctrl>+<?> |
Вычисление n-й производной |
|
<Ctrl>+<Shift >+<4> |
Сумма |
|
<Ctrl>+<4> |
Сумма ранжированной переменной |
|
<Ctrl>+<Shift >+<3> |
Произведение |
|
<Ctrl>+<3> |
Произведение ранжированной переменной |
|
<Ctrl>+<L> |
Предел |
|
<Ctrl>+<A> |
Левый предел |
|
<Ctrl>+<B> |
Правый предел |
Таблица П Г.3 – Встроенные функции, чаще всего используемые в среде MathCad
Оператор |
Клавиши |
Описание |
a*(z) |
z — аргумент |
Обратная тригонометрическая или гиперболическая функция * |
angle (x, у) |
х,у — координаты точки |
Угол между точкой c координатой (х,у) и осью ОХ |
arg(z) |
z — аргумент функции |
Аргумент комплексного числа |
atan2 (x,y) |
х,у — координаты точки |
Угол, отсчитываемый от оси ОХ до точки (х,у) |
Augment (A, B, C, ...) |
А,В,С,... — векторы или матрицы |
Слияние матриц слева направо |
bspline (x,y,u, n) |
х,у — векторы данных u — вектор значений сшивок В-сплайнов n — порядок полиномов |
Вектор коэффициентов В-сплайна |
ceil(x) |
х — аргумент |
Наименьшее целое, не меньшее х |
cols (A) |
А — матрица или вектор |
Число столбцов |
cos (z) |
z — аргумент |
Косинус |
cosh(z) |
z — аргумент |
Гиперболический косинус |
cot(z) |
z — аргумент |
Котангенс |
coth(z) |
z — аргумент |
Гиперболический котангенс |
csort (A, i) |
А — матрица, i — индекс столбца |
Сортировка строк матрицы по элементам i-го столбца |
csc (z) |
z — аргумент |
Косеканс |
csch(z) |
z — аргумент |
Гиперболический косеканс |
csgn (z) |
z — аргумент |
Комплексный знак числа |
cspline (x,y) |
х,у — векторы данных |
Вектор коэффициентов кубического сплайна |
exp(z) |
z — аргумент |
Экспонента в степени z |
Find (xl,x2, . . . ) |
х!,х2,... — переменные |
Возвращает корень алгебраического уравнения (скаляр) или системы (вектор), определенных в блоке с Given |
floor (x) |
х — аргумент |
Наибольшее целое число, меньшее или равное х |
geninv(A) |
А — матрица |
Создание обратной матрицы |
Given |
|
Ключевое слово для ввода систем уравнений, неравенств и т. п. |
if (cond, x,y) |
cond — логическое условие х,у — значения, возвращаемые, если условие верно (ложно) |
Функция условия |
IsString(x) |
х — аргумент |
Возвращает 1, если х — строка, и 0 в остальных случаях |
lm(z) |
z — аргумент |
Мнимая часть комплексного числа |
interp (s, x,y, t) |
s — вектор вторых производных х,у — векторы данных t — аргумент |
Сплайн-интерполяция |
intercept (x, у ) |
х,у — векторы данных |
Коэффициент b линейной регрессии b+ах |
length (v) |
v — вектор |
Число элементов вектора |
Продолжение табл. ПГ.3
line (x, y) |
х,у — векторы данных |
Вектор из коэффициентов линейной регрессии b+a·x |
linf it (x,y, F) |
х,у — векторы данных F(x) — векторная функция пользователя |
Вектор коэффициентов регрессии функцией пользователя |
linterp (x, y, t) |
х,у — векторы данных t — аргумент |
Кусочно-линейная интерполяция |
ln(z) |
z — аргумент |
Натуральный логарифм |
loess (x, у, span) |
x,y — векторы данных span — параметр размера полиномов |
Вектор коэффициентов для регрессии отрезками полиномов (применяется вместе с interp) |
log(z) |
z — аргумент |
Десятичный логарифм |
log(z, b) |
z — аргумент |
Логарифм z по основанию b |
logfit (x,y,g) |
х,у — векторы данных g — вектор начальных значений а,b,с |
Регрессия логарифмической функцией аln(х+b) +с |
Isolve (A,b) |
А — матрица СЛАУ b — вектор правых частей |
Решение системы линейных уравнений (СЛАУ) |
Ispline (x,y) |
х,у — векторы данных |
Вектор коэффициентов линейного сплайна |
matrix(M, N, f ) |
М — количество строк N — количество столбцов f ( i , j ) — функция |
Создание матрицы с элементами f(i,j) |
Minerr (x1, x2, ...) |
x1,x2,... — переменные |
Возвращает вектор приближенного решения системы уравнений и неравенств, определенных в блоке с Given |
Minimize (f, x1, ...) |
f ( x1 ,...)— функция x1,... — аргументы, по которым производится минимизация |
Вектор значений аргументов, при которых функция f достигает минимума (возможно задание дополнительных условий в блоке с Given) |
Odesolve (t,t1[,step]) |
t — переменная интегрирования ОДУ t1 — конечная точка интервала интегрирования step— число шагов интегрирования ОДУ |
Возвращает матрицу с решением задачи Коши для одного ОДУ, определенного в блоке с Given и начальными условиями в точке Ю |
polyroots (v) |
v — вектор, составленный из коэффициентов полинома |
Возвращает вектор всех корней полинома |
pspline(x, y) |
х,у — векторы данных |
Вектор коэффициентов квадратичного сплайна |
Re(z) |
z — аргумент |
Действительная часть комплексного числа |
regress (x, y, k) |
х,у — векторы данных k — степень полинома |
Вектор коэффициентов для полиномиальной регрессии (применяется вместе с interp) |
reverse (v) |
v — вектор |
Перестановка элементов вектора в обратном порядке |
Rkadapt (у0, t0, t1, M, D) |
См. rkfixed |
Возвращает матрицу с решением задачи Коши для системы ОДУ методом Рунге-Кутты с переменным шагом |
rows (A) |
А — матрица или вектор |
Число строк |
Окончание табл. ПГ.3
Rkadapt (y0, t0, t1, acc, D, k, s) |
у0 — вектор начальных условий (t0.t1)— интервал интегрирования асс — погрешность вычисления D ( t , у ) — векторная функция, задающая систему ОДУ k — максимальное число шагов интегрирования s — минимальный шаг интегрирования |
Возвращает матрицу с решением задачи Коши для системы ОДУ методом Рунге-Кутты с переменным шагом и заданной точностью (для определения только последней точки интервала) |
rkfixed (y0, t0, t1, M, D) |
у0 — вектор начальных условий (t0.t1) — интервал интегрирования М — число шагов интегрирования D(t,y) — векторная функция, задающая систему ОДУ |
Возвращает матрицу с решением задачи Коши для системы ОДУ методом Рунге-Кутты с фиксированным шагом |
root (f(x,...),x[a,b]) |
f (х, . . . ) —функция х — переменная (а,b) — интервал поиска корня |
Возвращает корень функции |
round ( x , n ) |
х — аргумент n — число знаков округления после десятичной точки |
Округление |
rref (A) |
А — матрица или вектор |
Преобразование матрицы в ступенчатый вид |
rsort (A, i) |
А — матрица i — индекс строки |
Сортировка матрицы по элементам i -й строки |
sec (z) |
z — аргумент |
Секанс |
sech(z) |
z — аргумент |
Гиперболический секанс |
sign(x) |
х — аргумент |
Знак числа |
signum(z) |
z — аргумент |
Комплексный знак числа Z/ | Z |, т.е. возвращает 1, если Z = 0 и Z/ | Z |в противном случае. |
sin(z) |
z — аргумент |
Синус |
sinh (z) |
z — аргумент |
Гиперболический синус |
slope (x, y) |
х,у — векторы данных |
Коэффициент а линейной регрессии b+ах |
sort (v) |
v — вектор |
Сортировка элементов вектора |
stack(A,B,C, . . . ) |
А,В,С,... — векторы или матрицы |
Слияние матриц сверху вниз |
tan(z) |
z — аргумент |
Тангенс |
tanh ( z ) |
z — аргумент |
Гиперболический тангенс |
trunc (x) |
х — аргумент |
Целая часть числа |
Примечание: некоторые функции, составляющие семейства типовых функций, приведены в сокращенном виде с недостающей частью имени в виде звездочки*.
Научное издание
Наранович Оксана Ивановна, Раковцы Галина Михайловна, Скобля Сергей Геннадьевич.
ИНФОРМАТИКА
Лабораторный практикум
для студентов II курса специальностей 1-53 01 01 Автоматизация технологических процессов и производств, 1-36 01 03 Технологическое оборудование машиностроительного производства, 1-36 01 01 Технология машиностроения инженерного факультета
Технический редактор
Корректор Г. А. Тихомирова
Компьютерная верстка В. В. Кукреш
Ответственный за выпуск Е. Г. Хохол
Подписано в печать
Формат 60 × 84 1/16. Бумага офсетная.
Гарнитура Таймс. Отпечатано на ризографе.
Усл. печ. л. 5,9 . Уч.-изд. л. .
Заказ 198. Тираж 110 экз.
ЛИ 02330/0552803 от 09.02.2010
Издатель и полиграфическое исполнение:
учреждения образования
«Барановичский государственный университет»,