
- •Численные методы и универсальные математические пакеты (Номер занятия в оглавлении равен номеру лабораторной работы. Лабораторные работы состоят из практических заданий из соответствующих занятий)
- •Введение
- •Занятие 1. Теория погрешностей Источники и классификация погрешностей.
- •Приближенные числа.
- •2. Погрешность произведения.
- •3. Погрешность частного.
- •Введение в Maple
- •Константы
- •Переменные, неизвестные и выражения
- •Команды преобразования выражений
- •Упрощение выражения: simplify()
- •Раскрытие скобок в выражении: expand()
- •Разложение полинома на множители: factor()
- •Ограничения на неизвестные: assume()
- •Сложные типы данных
- •Последовательность выражений
- •Списки и множества
- •Внутренняя структура выражений
- •Подстановка и преобразование выражений
- •Практическое задание
- •Занятие 2. Приближение функций
- •Приближение полиномом Тейлора
- •Приближение функий заданных таблицей своих значений
- •Алгебраическое интерполирование
- •Интерполяционный многочлен Лагранжа
- •Многочлены Чебышева
- •Разделенные разности и многочлен Ньютона
- •Решение уравнений, неравенств и их систем
- •Команда solve()
- •Команда fsolve()
- •Решение неравенств
- •Дифференцирование и интегрирование
- •Int(выражение, переменная);
- •Практическое задание 1
- •Практическое задание 2
- •Занятие 3. Построение кривой по точкам
- •Линия, построенная методом наименьших квадратов
- •Метод линеаризации данных для экспоненциальной кривой
- •Нелинейный метод наименьших квадратов
- •Линейный метод наименьших квадратов
- •Интерполирование сплайнами
- •Графика в Maple
- •Команда двумерной графики plot()
- •Двумерные команды пакета plots
- •Несколько советов
- •Пространственная графика, команда plot3d()
- •Трехмерные команды пакета plots
- •Практическое задание 1.
- •Практическое задание 2.
- •Практическое задание 3.
- •Практическое задание 4.
- •Занятие 4. Численное дифференцирование Приближение производной
- •Анимация
- •Двумерная анимация
- •Трехмерная анимация
- •Практическое задание 1
- •Практическое задание 2
- •Занятие 5. Численное интегрирование
- •Квадратурные формулы
- •Основы программирования в Maple
- •If булево_выражение then последовательность_операторов
- •Практическое задание 1.
- •Практическое задание 2.
- •Практическое задание 3.
- •Занятие 6. Решение нелинейных уравнений
- •Метод простой итерации
- •Метод бисекции (деления пополам)
- •Метод Ньютона
- •Процедуры в Maple
- •Практическое задание 1.
- •Практическое задание 2.
- •Практическое задание 3.
- •Практическое задание 4.
- •Занятие 7. Решение систем Линейные системы. Метод Гаусса
- •Пакет LinearAlgebra
- •Основные типы данных
- •Элементарные операции с матрицами и векторами
- •Решение систем линейных уравнений
- •Практическое задание 1.
- •Практическое задание 2
- •Практическое задание 3
- •Занятие 8. Решение дифференциальных уравнений
- •Задача Коши
- •Метод Эйлера
- •Методы Рунге-Кутта
- •Системы дифференциальных уравнений
- •Решение обыкновенных дифференцильных уравнений в Maple
- •Практическое задание 1
- •Практическое задание 2.
- •Практическое задание 3.
Двумерные команды пакета plots
Для отображения графика функции, заданной в полярной системе координат, в пакете plots существует функция polarplot(). Ее синтаксис похож на синтаксис команды plot() за одним исключением — не задается третий параметр, ограничивающий диапазон изменения значений, в данном случае длины радиус-вектора:
polarplot (r, phi=диапазон, опции);
Параметр r — это выражение или функция, зависящие от независимой переменной phi, интерпретируемой как угол поворота радиус-вектора относительно горизонтальной оси. Диапазон изменения независимой переменной может отсутствовать, тогда используется диапазон изменения по умолчанию –Pi..Pi. Остальные параметры представляют собой такие же опции, что и в функции plot().
Пример. График функции в полярной системе координат
> polarplot(5,phi=0..2*Pi,color=black,thickness=2);
Если посмотреть на вывод этой команды, то вместо обещанной окружности мы видим эллипс. Дело в том, что по умолчанию во всех графических командах используется значение UNCOSTRAINED параметра scaling.
> polarplot(5, phi=0..2*Pi, color=black, thickness=2, scaling = constrained);
Команда polarplot() также позволяет отображать графики параметрически заданных кривых. Для этого подобную кривую следует задать в форме трехэлементного списка, в котором первые два элемента представляют выражение через параметр длины радиуса-вектора и его угла поворота, а третий элемент задает диапазон изменения параметра:
> polarplot([r,sin(2*r),r=0..7], thickness=2, scaling = constrained);
Для отображения командой polarplot() на одном графике нескольких кривых, их следует задавать, как и в случае с командой plot(), в виде списка.
В Maple командой coordplot() можно начертить "линии уровня" плоских систем координат, поддерживаемых командой plot() через опцию coords. В качестве параметра этой функции передается название системы координат.
> coordplot(polar,color=[red,green],scaling=CONSTRAINED, title = "полярная система координат");
Бывает так, что искомая функция, график которой надо отобразить, представляется только в неявном виде f(x,y)=0 и никакими ухищрениями ее нельзя представить в явной форме ни в одной из известных систем координат. В таком случае следует воспользоваться командой implicitplot(), которая специально разработана для отображения неявных функций:
implicitplot(expr, х=а..b, y=c..d, опции);
Здесь в первой форме вызова команды параметр ехрr представляет уравнение, зависящее от двух переменных х и у. Дополнительно ко всем известным опциям команды plot() можно задать опцию grid=[m,n], определяющую сетку из mxn точек, на которой вычерчивается кривая. При увеличении количества точек в сетке кривая отображается более гладкой без угловых точек. По умолчанию используется сетка 25x25 точек. Опцией coords можно задавать график в разных системах координат, по умолчанию используется декартовая прямоугольная система координат.
Пример. График неявно заданной функции
> implicitplot(х^2+у^3-8=0,х=-10..10,у=-8..8, grid=[60,60] , thickness=2);
Команда textplot() отображения текста в заданной точке графика. Она отображает так называемые текстовые точки, которые определяются трехэлементным списком. Первые два элемента этого списка являются координатами точки привязки текста на плоскости, а третий элемент — строка выводимого текста. Опцией align можно указать расположение текста относительно точки привязки: ABOVE — выше, BELOW — ниже, RIGHT — правее и LEFT — левее. Если необходимо задать несколько значений этой опции, то их задают в виде множества. Для отображения нескольких надписей следует задать список текстовых точек в качестве первого параметра функции textplot().
Пример. Отображение текста
> tl:=textplot([1,2,"Выше и правее"],align={ABOVE,RIGHT}, color=magenta):
t2:=textplot([1,2,"Выше и левее"],align={ABOVE,LEFT},color=blue):
t3:=textplot([1,2,"Ниже и левее"],align={BELOW,LEFT},color=red):
t4:=textplot([1,2,"Ниже и правее"],align={BELOW,RIGHT}, color=green):
> f:=plot([[1,2]],style=POINT,color=black,symbolsize=10):
> display([tl,t2,t3,t4,f]);