МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский томский политехнический университет» т.Е. Мамонова

И Н Ф О Р М А Ц И О Н Н Ы Е

Т Е Х Н О Л О Г И И

Работа в MathCad и MatLab

Рекомендовано в качестве учебно-методического пособия Редакционно-издательским советом Томского политехнического университета

Издательство

Томского политехнического университета

2011

	УДК 681.3(075.8) ББК 32.973.2я73 М22
М22	Мамонова Т.Е. Информационные технологии. Работа в MathCADиMatLab: учебно-методическое пособие / Т.Е. Мамонова; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 164 с. В авторской редакции

В учебно-методическом пособии в краткой форме изложены практические вопросы «Информационные технологии», где выделены важнейшие положения по работе в математических пакетах MathCAD и MatLab, а также приложения по визуальному моделированию MatLab Simulink. По каждой теме представлено большое количество тренировочных задач, включен справочный материал.

Пособие подготовлено на кафедре интегрированных компьютерных систем управления, соответствует программе дисциплины и предназначено для студентов ИДО, обучающихся по направлению 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств».

УДК 681.3(075.8)

ББК 32.973.2я73

Рецензенты

Доктор технических наук, профессор кафедры интегрированных компьютерных

систем управления ИК ТПУ

А.М. Малышенко

Кандидат технических наук, доцент кафедры интегрированных компьютерных

систем управления ИК

В.Н. Шкляр

©ФГБОУ ВПО НИ ТПУ, 2011

© Мамонова Т.Е., 2011

© Оформление. Издательство Томского политехнического университета, 2011

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 4

1. Лабораторная работа № 1 «Знакомство с математическим пакетом MathCad. Выполнение простейших вычислений» 7

1.1. Методические указания 8

1.1.1. Основные команды MathCAD 8

1.1.2. Кнопки панели Math 9

1.1.3. Запись команд в рабочем документе системы MathCAD 11

1.1.4. Используемы типы констант 11

1.1.5. Простые вычисления 12

1.1.6. Использование встроенных функций 13

1.1.7. Определение переменных и пользовательских функций 14

1.1.7.1. Локальные и глобальные переменные 14

1.1.7.2. Определение и использование пользовательских функций 14

1.1.7.3. Определение переменных, принимающих значения из заданного промежутка 16

1.1.8. Построение графиков в декартовой системе координат 17

1.2. Контрольные вопросы 19

1.3. Варианты заданий к лабораторной работе № 1 19

2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 «Матричные операции в MathCAD» 21

2.1. Методические указания 21

2.1.1. Создание векторов и матриц 22

2.1.2. Использование матриц специального вида для выполнения матричных операций в системе MathCAD 29

2.1.3. Решение систем линейных алгебраических уравнений с использованием матричных преобразований 32

2.2. Контрольные вопросы 34

2.3. Варианты заданий к лабораторной работе № 2 35

3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 «Программирование в MathCAD» 38

3.1. Методические указания 38

3.1.1. Спецификация функций 38

3.1.3. Программирование функций 39

3.1.3.1. Описание программы-функции 41

3.2. Контрольные вопросы 56

3.3. Варианты заданий к лабораторной работе № 3 57

Список литературы 60

Приложение A Шаблон титульного листа отчёта по лабораторной работе 61

Приложение Б Шаблон титульного листа отчёта по индивидуальному заданию 63

ВВЕДЕНИЕ

Данное учебно-методическое пособие предназначено для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Информационные технологии» для студентов ИДО, обучающихся по классической форме обучения (КЗФ) и с использованием дистанционных образовательных технологий (ДОТ) направления 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств». Также в данном пособии представлены материалы, необходимые при выполнении индивидуальных заданий по дисциплине «Информационные технологии».

В наши дни компьютерная математика получила должную известность и интенсивно развивается как передовое научное направление на стыке математики и информатики. Это нашло отражение в крупных монографиях и в целом ряде книг, авторы которых начали осваивать это направление еще в начале 80-х гг. прошлого века.

Программируемые микрокалькуляторы и персональные компьютеры уже давно применяются для математических расчетов. Для подготовки программ использовались различные универсальные языки программирования. В начале 90-х гг. на смену им пришли специализированные системы компьютерной математики (СКМ).

Среди них наибольшую известность получили системы Eureka, Mercury, MathCAD, Derive, Mathematica 2/3/4, MatLab, Maple V R3/R4/R5 и Maple 6 и др. Каждая из этих систем имеет свои достоинства и недостатки и заслуживает отдельного рассмотрения. Повышенный интерес наших пользователей к подобным системам подтверждают результаты выпуска в последние годы целого ряда книг на русском языке, посвященных указанной теме. В данном пособии рассматриваются такие системы, как MathCAD, и MatLab. MathCAD – программное средство, среда для выполнения на компьютере разнообразных математических и технических расчетов, снабженная простым в освоении и в работе графическим интерфейсом, которая предоставляет пользователю инструменты для работы с формулами, числами, графиками и текстами. В среде MathCAD доступны более сотни операторов и логических функций, предназначенных для численного и символьного решения математических задач различной сложности [7]. Система MatLab, прошедшая многолетний путь развития от узко специализированного матричного программного модуля, используемого только на больших ЭВМ, до универсальной интегрированной СКМ, ориентированной на массовые персональные компьютеры класса IBM PC и Macintosh и рабочие станции UNIX, имеет мощные средства диалога, графики и комплексной визуализации. Знания, полученные в курсе «Информационные технологии» и изучение предложенных математических пакетов понадобится студенту при выполнении различных работ по исследованию и моделированию различных объектов.

Весь материал пособия разбит на разделы, соответствующие запланированным лабораторным работам, а также индивидуальным заданиям. По каждой из лабораторных работ представлен методический и справочный материал, приведено большое количество тренировочных задач.

Для успешного выполнения лабораторных работ необходимо изучить предложенный в соответствующих разделах материал, выполнить задания в соответствии с вариантами, и составить отчёт в соответствии с требованиями, указанными ниже.

Для определения номера варианта заданий по лабораторным работам, необходимо воспользоваться табл. 1, в которой установлено соответствие между первой буквой фамилии студента и номерами вариантов.

Таблица 1

Распределение номеров вариантов лабораторной работы №1

Буква	АЛХ	БМЦ	ВНЧ	ГОШ	ДПЩ	ЕРЭ	ЖСЮ	ЗТЯ	ИУ	КФ
№ вар.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10