- •Буквенные индексы
- •Ниже приводится полный список предопределенных переменных Mathcad и их значений по умолчанию:
- •Используемые числа
- •Специальные операции над комплексными числами
- •Многозначные функции
- •Создание вектора
- •Создание матрицы
- •Изменение размера матрицы
- •Нижние индексы и элементы вектора
- •Изменение способа отображения массивов
- •Графическое представление матриц
- •Ограничение входных массивов
- •Ограничение отображаемых массивов
- •Ограничение размеров массива
- •Размеры и диапазон значений массива
- •Специальные типы матриц
- •Специальные характеристики матрицы
- •Формирование новых матриц из существующих
- •Собственные значения и собственные векторы
- •Разложения
- •Решение линейной системы уравнений
- •Определение составного массива
- •Отображение составных массивов
- •Операторы и функции для составных массивов
- •Определение и использование дискретного аргумента
- •Многократные вычисления по дискретному аргументу
- •Множественные дискретные аргументы и двойные индексы
- •Рекурсивные вычисления с несколькими переменными
- •Рекурсивные вычисления с вектором
- •Советы по набору операторов
- •Переменный верхний предел суммирования
- •Оператор суммирования элементов вектора
- •Производные более высокого порядка
- •Переменные пределы интегрирования
- •Изменение точности вычисления интегралов
- •Криволинейные и двойные интегралы
- •Определение пользовательского оператора
- •Использование пользовательского оператора
- •Запись функций как операторов
- •Тригонометрические функции и обратные им.
- •Гиперболические функции
- •Логарифмические и показательные функции
- •Функции Бесселя
- •Специальные функции
- •Введение в дискретное преобразование Фурье
- •Функция if
- •Циклы “while”
- •Оператор “break”
- •Циклы “for”
- •Подпрограммы
- •Рекурсия
- •Что делать, когда функция root не сходится
- •Некоторые советы по использованию функции root
- •Решение уравнений с параметром
- •Нахождение корней полинома
- •Как использовать найденное решение
- •Что делать, когда Mathcad не может найти решения
- •Что делать, когда имеется слишком мало ограничений
- •Многократное решение уравнений
- •Решение одинаковых задач относительно разных переменных
- •Приближенные решения
- •Использование символьного решения уравнений
- •Дифференциальные уравнения первого порядка
- •Дифференциальные уравнения второго порядка
- •Уравнения более высокого порядка
- •Системы оду первого порядка
- •Системы дифференциальных уравнений более высокого порядка
- •Гладкие системы
- •Медленно изменяющиеся решения
- •Нахождение приближенного решения только в конечной точке
- •Двухточечные краевые задачи
- •Дифференциальные уравнения с частными производными
Дифференциальные уравнения первого порядка
Дифференциальное уравнение первого порядка — это уравнение, которое не содержит производных выше первого порядка от неизвестной функции. На Рисунке 1 показан пример того, как решить относительно простое дифференциальное уравнение:
с начальными условиями: y(0) = 4
Функция rkfixed на Рисунке 1 использует для поиска решения метод Рунге-Кутты четвертого порядка. В результате решения получается матрица, имеющая два следующих столбца:
Первый столбец содержит точки, в которых ищется решение дифференциального уравнения.
Второй столбец содержит значения найденного решения в соответствующих точках.
Рисунок 1: Решение дифференциального уравнения первого порядка.
Функция rkfixed имеет следующие аргументы:
rkfixed ( y, x1, x2, npoints, D)
y = |
Вектор начальных условий размерности n, где n — порядок дифференциального уравнения или число уравнений в системе (если решается система уравнений). Для дифференциального уравнения первого порядка, как, например, для уравнения, приведенного на Рисунке 1, вектор начальных значений вырождается в одну точку y0 = y(x1). |
x1, x2 = |
Граничные точки интервала, на котором ищется решение дифференциальных уравнений. Начальные условия, заданные в векторе y, — это значение решения в точке x1. |
npoints = |
Число точек (не считая начальной точки), в которых ищется приближенное решение. При помощи этого аргумента определяется число строк (1 + npoints) в матрице, возвращаемой функцией rkfixed. |
D (x, y) = |
Функция, возвращающая значение в виде вектора из n элементов, содержащих первые производные неизвестных функций. |
Наиболее трудная часть решения дифференциального уравнения состоит в определении функции D(x, y), которая содержит вектор первых производных от неизвестных функций. В примере, приведенном на Рисунке 1, было достаточно просто разрешить уравнение относительно первой производной , и определить функцию D(x, y). Иногда, особенно в случае нелинейных дифференциальных уравнений, это может быть трудно. В таких случаях иногда удаётся разрешить уравнение относительно в символьном виде и подставить это решение в определение для функции D(x, y). Используйте для этого команду Решить относительно переменной из меню Символика.
Рисунок 2: Более сложный пример, содержащий нелинейное дифференциальное уравнение.
Дифференциальные уравнения второго порядка
Как только Вы научились решать дифференциальное уравнение первого порядка, можно приступать к решению дифференциальных уравнений более высокого порядка. Мы начнем с дифференциального уравнения второго порядка. Основные отличия от уравнения первого порядка состоят в следующем:
Вектор начальных условий y теперь состоит из двух элементов: значений функции и её первой производной в начальной точке интервала x1.
Функция D(t, y) является теперь вектором с двумя элементами:
Матрица, полученная в результате решения, содержит теперь три столбца: первый столбец содержит значения t, в которых ищется решение; второй столбец содержит y(t); и третий — y'(t).
Пример, приведенный на Рисунке 3, показывает, как решить следующее дифференциальное уравнение второго порядка:
y'' = -y' + 2y y(0) = 1 y'(0) = 3
Рисунок 3: Решение дифференциального уравнения второго порядка.