- •Содержание
- •Знакомство с Mathcad
- •1.3. Интерфейс пользователя
- •1.3.1. Меню
- •1.3.2. Панели инструментов
- •1.3.3. Настройка панели инструментов
- •1.3.4. Рабочая область
- •1.3.5. Строка состояния
- •1.4. Справочная информация
- •2. Редактирование документов
- •2.1. Работа с документами
- •2.1.1. Управление документами
- •2.1.2. Создание документа на основе шаблона
- •2.1.3. Сохранение документа
- •2.1.4. Открытие существующего документа
- •2.1.5. Закрытие документа
- •2.2. Ввод и редактирование формул
- •2.2.1. Элементы интерфейса
- •2.2.2. Ввод формул
- •2.2.3. Перемещение линий ввода внутри формул
- •2.2.4. Изменение формул
- •2.2.5. Ввод символов, операторов и функций
- •2.2.6. Управление отображением некоторых операторов
- •2.3. Ввод и редактирование текста
- •2.3.1. Ввод текста
- •2.3.2. Редактирование текста
- •2.3.3. Импорт текста
- •2.3.4. Математические символы внутри текста
- •2.3.5. Гиперссылки
- •2.4. Правка документа
- •2.5. Печать документа
- •2.6. Посылка документа по электронной почте
- •Лекция 2. Автоматизация вычислений в MathCad. Типы данных
- •3.1. Переменные и функции
- •3.1.1. Определение переменных
- •3.1.3. Функции
- •3.1.4. Определение функции пользователя
- •3.1.5. Вывод значений переменных и функций
- •3.1.6. Символьный вывод
- •3.1.7. Допустимые имена переменных и функций
- •3.2. Операторы
- •3.2.1. Арифметические операторы
- •3.2.2. Вычислительные операторы
- •3.2.3. Логические операторы
- •3.2.4. Матричные операторы
- •3.2.5. Операторы выражения
- •3.2.6. Создание оператора пользователя
- •3.3. Управление вычислениями
- •3.3.1. Режимы вычислений
- •3.3.2. Прерывание вычислений
- •3.3.3. Вычисления в ручном режиме
- •3.3.4. Отключение вычисления отдельных формул
- •3.3.5. Оптимизация вычислений
- •3.3.6. Диалоговое окно Worksheet Options
- •3.4. Сообщения об ошибках
- •4. Типы данных
- •4.1. Типы данных
- •4.1.1. Действительные числа
- •4.1.2. Комплексные числа
- •4.1.3. Встроенные константы
- •4.1.4. Строковые выражения
- •4.2. Размерные переменные
- •4.2.1. Создание размерной переменной
- •4.2.2. Работа с размерными переменными
- •4.2.3. Выбор системы единиц
- •4.2.4. Определение новой размерности
- •4.3. Массивы
- •4.3.1. Доступ к элементам массива
- •4.3.2. Ранжированные переменные
- •4.3.3. Создание массивов
- •4.3.4. Отображение вывода векторов и матриц
- •4.4. Формат вывода числовых данных
- •4.4.1. Формат результата
- •4.4.2. Округление малых чисел до нуля
- •4.4.3. Вывод чисел в других системах счисления
- •4.5. Элементы управления (controls)
- •Лекция 3. Символьные вычисления. Интегрирование и дифференцирование. Алгебраические уравнения и оптимизация.
- •5. Символьные вычисления
- •5.1. Способы символьных вычислений
- •5.2. Символьная алгебра
- •5.2.1. Упрощение выражений (Simplify)
- •5.2.2. Разложение выражений (Expand)
- •5.2.3. Разложение на множители (Factor)
- •5.2.4. Приведение подобных слагаемых (Collect)
- •5.2.5. Коэффициенты полинома (Polynomial Coefficients)
- •5.2.6. Ряды и произведения
- •5.2.7. Разложение на элементарные дроби (Convert to Partial Fractions)
- •5.2.8. Подстановка переменной (Substitute)
- •5.2.9. Матричная алгебра
- •5.3. Математический анализ
- •5.3.1. Дифференцирование (Differentiate)
- •5.3.2. Интегрирование (Integrate)
- •5.3.3. Разложение в ряд (Expand to Series)
- •5.3.4. Решение уравнений (Solve)
- •5.4. Интегральные преобразования
- •5.4.1. Преобразование Фурье (Fourier)
- •5.4.2. Преобразование Лапласа (Laplace)
- •5.5. Дополнительные возможности символьного процессора
- •5.5.1. Применение функций пользователя
- •5.5.2. Получение численного значения выражения
- •5.5.3. Последовательности символьных команд
- •7. Интегрирование и дифференцирование
- •7.1. Интегрирование
- •7.1.1. Операторы интегрирования
- •7.1.2. Об алгоритмах интегрирования
- •7.1.3. 0 Расходящихся интегралах
- •7.1.4. Кратные интегралы
- •7.2. Дифференцирование
- •7.2.1. Первая производная
- •7.2.2. Производные высших порядков
- •7.2.3. Частные производные
- •8. Алгебраические уравнения и оптимизация
- •8.1. Одно уравнение с одним неизвестным
- •8.2. Корни полинома
- •8.3. Системы уравнений
- •8.4. О численных методах решения систем уравнений
- •8.5. Приближенное решение уравнений
- •8.6. Поиск экстремума функции
- •8.6.1. Экстремум функции одной переменной
- •8.6.2. Условный экстремум
- •8.6.3. Экстремум функции многих переменных
- •8.6.4. Линейное программирование
- •8.7. Символьное решение уравнений
- •Лекция 4. Матричные вычисления. Математическая статистика. Обработка данных.
- •9. Матричные вычисления
- •9.1. Простейшие операции с матрицами
- •9.1.1. Транспортирование
- •9.1.2. Сложение
- •9.1.3. Умножение
- •9.1.4. Определитель квадратной матрицы
- •9.1.5. Модуль вектора
- •9.1.6. Скалярное произведение векторов
- •9.1.7. Векторное произведение
- •9.1.8. Сумма элементов вектора и след матрицы
- •9.1.9. Обратная матрица
- •9.1.10. Возведение матрицы в степень
- •9.1.11. Векторизация массивов
- •9.1.12. Символьные операции с матрицами
- •9.2. Матричные функции
- •9.2.1. Функции создания матриц
- •9.2.2. Слияние и разбиение матриц
- •9.2.3. Вывод размера матриц
- •9.2.4. Сортировка матриц
- •9.2.7. Ранг матрицы
- •9.3. Системы линейных алгебраических уравнений
- •14. Математическая статистика
- •14.1. Случайные величины
- •14.1.1. Нормальное (Гауссово) распределение
- •14.1.2. Равномерное распределение
- •14.1.3. Биномиальное распределение
- •14.1.4. Другие статистические распределения
- •14.2. Статистические характеристики
- •14.2.1. Построение гистограмм
- •14.2.3. Генерация коррелированных случайных чисел
- •14.2.4. Ковариация и корреляция
- •14.2.5. Коэффициенты асимметрии и эксцесса
- •14.2.6. Другие статистические характеристики
- •14.2.7. Действие статистических функций на матрицы
- •14.3. Случайные процессы
- •14.4. Некоторые примеры
- •14.4.1. Интервальная оценка дисперсии
- •14.4.2. Проверка статистических гипотез
- •15. Обработка данных
- •15.1. Интерполяция
- •15.1.1. Линейная интерполяция
- •15.1.2. Кубическая сплайн-интерполяция
- •15.1.3. Полиномиальная сплайн-интерполяция
- •15.1.4. Экстраполяция функцией предсказания
- •15.1.5. Многомерная интерполяция
- •15.2. Регрессия
- •15.2.1. Линейная регрессия
- •15.2.2. Полиномиальная регрессия
- •15.2.3. Регрессия специального вида
- •15.2.4. Регрессия общего вида
- •15.3. Сглаживание и фильтрация
- •15.3.1. Встроенные функции для сглаживания
- •15.3.2. Скользящее усреднение
- •15.3.3. Устранение тренда
- •15.3.4. Полосовая фильтрация
- •Лекция 5. Числовой ввод-вывод данных. Создание двух- и трехмерных графиков.
- •16.1. Числовой ввод-вывод
- •16.2. Создание графиков
- •16.3. Двумерные графики
- •16.3.4. Полярный график
- •16.3.5. Построение нескольких рядов данных
- •16.3.6. Форматирование осей
- •16.3.7. Форматирование рядов данных
- •16.3.9. Изменение размера и положения графиков
- •16.3.10. Трассировка и увеличение графиков
- •16.4. Трехмерные графики
- •16.4.2. Форматирование трехмерных графиков
- •16.5. Создание анимации
- •16.6. Ввод-вывод во внешние файлы
- •16.6.1. Текстовые файлы
- •16.6.2. Графические файлы
- •16.6.3. Звуковые файлы
- •Литература:
3.3.6. Диалоговое окно Worksheet Options
Наравне с изложенными способами установки режимов вычислений, их также удобно устанавливать для всего документа на вкладке Calculations (Вычисления) диалогового окна Worksheet Options (Опции документа), вызываемого с помощью команды Tools / Worksheet Options (Сервис / Опции документа). Три флажка задают включение соответствующего режима вычислений (рис. 3.20).
Recalculate automatically (Пересчитать автоматически) — включение режима автоматических вычислений.
Use strict singularity checking for matrices (Использовать проверку матриц на сингулярность) — опция, появившаяся в версии Mathcad 2001, которая важна при некоторых операциях с матрицами. Она означает проведение дополнительной проверки на сингулярность матрицы перед использованием численных алгоритмов, что позволяет, во избежание неправильного применения численного метода, выдать заранее сообщение об ошибке, если матрица сингулярная.
Optimize expressions before calculating (Оптимизировать выражения перед вычислением) — включение режима оптимизации.
Use exact equality for Boolean comparisons (Использовать точное равенство для логического сравнения) — когда флажок выбран, применяется жесткий критерий точного равенства чисел (точнее, числа при сравнении считаются равными, если отличаются по модулю менее чем на 10-307). Если флажок снят, используется более мягкий критерий (относительное различие чисел по модулю менее чем на 10-12).
Рис. 3.20. Управление режимом вычислений в диалоговом окне Worksheet Options
Помимо флажков проверки, имеется также пара переключателей, которая позволяет реализовать новый режим ускоренных вычислений (higher speed calculation). Он включается выбором переключателя Higher speed calculation (Ускоренные вычисления), изображенного на рис. 3.20. Чтобы отключить режим ускоренных вычислений, выберите переключатель Backward compatibility (Обратная совместимость). В этом случае вычисления будут проводиться без дополнительной оптимизации по скорости, в точности так же, как в предыдущих версиях (Mathcad 2000 и ниже) Необходимость таких расчетов может возникнуть, если вдруг Вы столкнулись с сообщениями об ошибках в документах, созданных в предыдущих версиях Mathcad и корректно в них работающих.
3.4. Сообщения об ошибках
Когда процессор Mathcad по тем или иным причинам не может вычислить выражение, он вместо ответа выдает сообщение об ошибке (рис. 3.21). Если курсор находится вне формулы с ошибкой, то в ней имя функции или переменной, которая вызвала ошибку, отмечается красным цветом (сверху на рис. 3.21). При щелчке на такой формуле под ней появляется текстовое сообщение о типе ошибки, обрамленное черным прямоугольником (рис. 3.21, снизу).
Рис. 3.21. Сообщение об ошибке
Если некоторые выражения вызывают ошибку, они просто игнорируются, а следующие выражения в документе по-прежнему вычисляются. Конечно, если формулы, вызвавшие ошибку, влияют на значения нижеследующих формул, то они будут также интерпретированы как ошибочные. Поэтому, встречая в документе сообщения об ошибках, найдите сначала самое первое из них. Часто ее устранение позволяет избавиться и от последующих ошибок.
Как бы хорошо вы ни овладели системой Mathcad, сообщения об ошибках все равно будут появляться в документах. Они могут быть связаны как с орфографическими ошибками, так и с более серьезными внутренними причинами, требующими знания численных алгоритмов расчетов. Искусство математика во многом состоит в умении анализировать ошибочные ситуации и находить правильный выход из них.
