
- •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.
Константы
Кроме чисел, задаваемых пользователем, Maple содержит целый ряд предопределенных именованных констант:
Таблица. Неизменяемые константы
Константа |
Значение |
false |
Значение "ложь" при работе с булевскими переменными |
true |
Значение "истина" при работе с булевскими переменными |
FAIL |
Используется в качестве третьего значения при вычислении функций трехзначной логики |
Pi |
Число
|
I |
Мнимая единица |
infinity |
Бесконечность |
К наиболее важным можно отнести константу, которая влияют на точность вычислений: Digits. Эта константа задает число значащих цифр для операций с числами с плавающей точкой, по умолчанию она равна 10.
Пример. Изменение значение константы Digits
> evalf(Pi);
> Digits:=40:
> evalf(Pi);
Переменные, неизвестные и выражения
Каждая переменная Maple имеет имя, представляющее последовательность латинских символов, начинающихся с буквы, причем строчные и прописные буквы считаются различными, например:
MyName, myname, my_name
В качестве имен запрещено использовать зарезервированные и защищенные слова языка Maple.
Выражение представляет собой комбинацию имен переменных, чисел и, возможно, других объектов Maple, соединенных знаками допустимых операций.
Если в выражении используется переменная, которой не присвоено никакого значения, то такая переменная рассматривается системой Maple как некая неизвестная величина.
> x^2+5*x+1;
Важной операцией в Maple, связанной с выражениями, является операция присваивания (:=). Она имеет следующий синтаксис:
переменная:= выражение;
Здесь в левой части задается имя переменной, а в правой части любое выражение, которое может быть числовым, символьным или просто другой переменной. В дальнейшем, если будет необходимо использовать выражение из левой части операции присваивания, то достаточно сослаться на имя переменной, указанное в правой части операции.
Переменные позволяют хранить и обрабатывать разнообразные типы данных, с которыми работает Maple. Для того, чтобы определить тип переменной или выражения существутет функция whattype().
Пример. Задание и определение типа символьной переменной
> m;
> whattype(m);
> m:=2;
> whattype(m);
Переменные можно использовать для составления выражений наряду с числами.
Таблица. Основные математические функции
Функция |
Синтаксис Maple |
Функция |
Синтаксис Maple |
|
exp(x) |
|
sqrt(x) |
|
ln(х) или log(x) |
|
abs(x) |
|
log10(x) |
|
signum(x) |
|
log[a](x) |
|
n! |
Значения параметров тригонометрических функций задаются в радианах.
Таблица. Тригонометрические и гиперболические функции
Функция |
Синтаксис Maple |
Функция |
Синтаксис Maple |
sin(x) |
sin(x) |
sh(x) |
sinh(x) |
cos(x) |
cos(x) |
ch(x) |
cosh(x) |
tg(x) |
tan(x) |
th(x) |
tanh(x) |
sec(x) |
sec(x) |
sech(x) |
sech(x) |
cosec(x) |
csc(x) |
cosech(x) |
csch(x) |
ctg(x) |
cot(x) |
cth(x) |
coth(x) |
Таблица. Обратные тригонометрические и гиперболические функции
Функция |
Синтаксис Maple |
Функция |
Синтаксис Maple |
arcsin(x) |
arcsin(x) |
arcsh(x) |
arcsinh(x) |
arccos(x) |
arccos(x) |
arcch(x) |
arccosh(x) |
arctg(x) |
arctan(x) |
arcth(x) |
arctanh(x) |
arcsec(x) |
arcsec(x) |
arcsech(x) |
arcsech(x) |
arccosec (x) |
arccsc(x) |
arccosech (x) |
arccsch(x) |
arcctg (x) |
arccot(x) |
arccth (x) |
arccoth(x) |
Задание в Maple функций Бесселя, эллиптических интегралов, дельта-функции Дирака, функции Хевисайда и других специальных функций можно найти в справочной системе.
Полезной командой при работе в Maple является команда restart, которая очищает память системы. Т.е. после ее выполения все введенные ранее переменные и ограничения “забываются“. Поэтому программу обычно начинают именно с этой команды, чтобы избежать какой-либо путаницы при использовании одинаковых имен переменных.
Пример. Использование команды restart
> f:=sin(x);
> f;
> restart;
> f;