Учебно-методический комплекс по дисциплине «информационные технологии в математике» для дневного отделения специальность icon

Учебно-методический комплекс по дисциплине «информационные технологии в математике» для дневного отделения специальность


Смотрите также:
Учебно-методический комплекс по дисциплине «история политических и правовых учений» (для...
Учебно-методический комплекс по дисциплине «проектирование информационых систем» для дневного...
Учебно-методический комплекс по дисциплине «теория и методика обучения математике» (для дневного...
Учебно-методический комплекс для студентов специальности «Реклама» Санкт-Петербург...
Учебно-методический комплекс по дисциплине «информатика» для дневного отделения...
Учебно-методический комплекс по дисциплине «программное обеспечение эвм» для дневного отделения...
Учебно-методический комплекс по поддержке курса «информационные технологии в математике» 2...
Учебно-методический комплекс по дисциплине «Информационные технологии в управлении»...
Учебно-методический комплекс по дисциплине...
Учебно-методический комплекс для студентов дневного и заочного отделения по специальностям...
Учебно-методический комплекс по этнологии для дневного отделения Составитель...
Учебно методический комплекс по истории древнего мира для дневного отделения...



Загрузка...
страницы: 1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   14
вернуться в начало
скачать
^

ЛЕКЦИЯ №6. ГРАФИКИ В MAPLE. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ МАТЕМАТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА



Вопросы:

  1. Двумерные графики.

  2. Трехмерные графики. Анимация.

  3. Вычисление пределов.

  4. Дифференцирование.

  5. Интегрирование.



Введение

Преимущества графики Maple:

  • В среде Mathcad поверхность может строиться только в прямоугольной области, а в среде Maple это ограничение снять: границы области существования графика можно задавать и аналитически.

  • В Maple допустимо в одной области документа через функцию display помешать разнотипные графики.

  • В Maple создание и форматирование графиков возможно не только через меню (как в среде Mathcad), но и через параметры (ключи) соответствующих команд.

  • В Maple есть специальный тип графики, ориентированный на визуализацию решений задач определенного класса: дифференциальных уравнений, линейного программирования и т.д.

  • Maple допускает построение различных геометрических абстракций (линий, фигур, тел) через задание их параметров.


§1. Двумерные графики


Команда plot и ее параметры.

Для построения графиков функции f(x) одной переменной (в интервале по оси Ох и в интервале по оси Оу) используется команда plot(f(x), x=a..b, y=c..d, parameters), где parameters – параметры управления изображением. Если их не указывать, то будут использованы установки по умолчанию. Настройка изображения также может осуществляться с панели инструментов.

Основные параметры команды plot:

1) title=”text”, где text-заголовок рисунка (текст можно оставлять без кавычек, если он содержит только латинские буквы без пробелов).

2) coords=polar – установка полярных координат (по умолчанию установлены декартовы).

3) axes – установка типа координатных осей: axes=NORMAL – обычные оси; axes=BOXED – график в рамке со шкалой; axes=FRAME – оси с центром в левом нижнем углу рисунка; axes=NONE – без осей.

4) scaling – установка масштаба рисунка: scaling=CONSTRAINED – одинаковый масштаб по осям; scaling=UNCONSTRAINED – график масштабируется по размерам окна.

5) style=LINE(POINT) – вывод линиями (или точками).

6) numpoints=n – число вычисляемых точек графика (по умолчанию n=49).

7) сolor – установка цвета линии: английское название цвета, например, yellow – желтый и т.д.

8) xtickmarks=nx и ytickmarks=ny – число меток по оси Оx и оси Оy, соответственно.

9) thickness=n, где n=1,2,3… - толщина линии (по умолчанию n=1).

10) linestyle=n – тип линии: непрерывная, пунктирная и т.д. (n=1 – непрерывная, установлено по умолчанию).

11) symbol=s – тип символа, которым помечают точки:^ BOX, CROSS, CIRCLE, POINT, DIAMOND.

12) font=[f,style,size] – установка типа шрифта для вывода текста: f задает название шрифтов: TIMES, COURIER, HELVETICA, SYMBOL; style задает стиль шрифта: BOLD, ITALIC, UNDERLINE; size – размер шрифта в pt.

13) labels=[tx,ty] – надписи по осям координат: tx – по оси Оx и ty – по оси Оy.

14) discont=true – указание для построения бесконечных разрывов.

С помощью команды plot можно строить помимо графиков функций y=f(x), заданной явно, также графики функций, заданных параметрически y=y(t), x=x(t), если записать команду plot([y=y(t), x=x(t), t=a..b], parameters).

 

Построение графика функции, заданной неявно.

Функция задана неявно, если она задана уравнением . Для построения графика неявной функции используется команда implicitplot из графического пакета plots: implicitplot(F(x,y)=0, x=x1..x2, y=y1..y2).

 

Вывод текстовых комментариев на рисунок.

В пакете plots имеется команда textplot для вывода текстовых комментариев на рисунок: textplot([xo,yo,’text’], options), где xo, yo – координаты точки, с которой начинается вывод текста ’text’.

 

Вывод нескольких графических объектов на один рисунок.

Часто бывает необходимо совместить на одном рисунке несколько графических объектов, полученных при помощи различных команд, например, добавить графику, нарисованному командой plot, текстовые надписи, полученные командой textplot. Для этого результат действия команды присваивается некоторой переменной:

> p:=plot(…): t:=textplot(…):

При этом на экран вывод не производится. Для вывода графических изображений необходимо выполнить команду из пакета plots:

> with(plots): display([p,t], options).

 

Построение двумерной области, заданной неравенствами.

Если необходимо построить двумерную область, заданную системой неравенств , то для этого можно использовать команду inequal из пакета plots. В команде inequals({f1(x,y)>c1,…,fn(x,y)>cn}, x=x1…x2, y=y1..y2, options) в фигурных скобках указывается система неравенств, определяющих область, затем размеры координатных осей и параметры. Параметры регулируют цвета открытых и закрытых границ, цвета внешней и внутренней областей, а также толщину линий границ:

optionsfeasible=(color=red) – установка цвета внутренней области;

optionsexcluded=(color=yellow) – установка цвета внешней области;

optionsopen(color=blue, thickness=2) – установка цвета и толщины линии открытой границы;

optionsclosed(color=green,thickness=3) – установка цвета и толщины линии закрытой границы.


§2. Трехмерные графики. Анимация

График поверхности, заданной явной функцией.

График функции можно нарисовать, используя команду plot3d(f(x,y), x=x1…x2, y=y1…y2, options). Параметры этой команды частично совпадают с параметрами команды plot. К часто используемым параметрам команды plot3d относится light=[angl1, angl2, c1, c2, c3] – задание подсветки поверхности, создаваемой источником света из точки со сферическими координатами (angl1, angl2). Цвет определяется долями красного (c1), зеленого (c2) и синего (c3) цветов, которые находятся в интервале [0,1].

 

График поверхности, заданной параметрически.

Если требуется построить поверхность, заданную параметрически: x=x(u,v), y=y(u,v), z=z(u,v), то эти функции перечисляются в квадратных скобках в команде: plot3d([x(u,v), y(u,v), z(u,v)], u=u1..u2, v=v1..v2).

 

График поверхности, заданной неявно.

Трехмерный график поверхности, заданной неявно уравнением , строится с помощью команды пакета plot: implicitplot3d(F(x,y,z)=c, x=x1..x2, y=y1..y2, z=z1..z2), где указывается уравнение поверхности и размеры рисунка по координатным осям.

 

График пространственных кривых.

В пакете plot имеется команда spacecurve для построения пространственной кривой, заданной параметрически: . Параметры команды:

> spacecurve([x(t),y(t),z(t)],t=t1..t2),

где переменная t изменяется от t1 до t2.

 

Анимация.

Maple позволяет выводить на экран движущиеся изображения с помощью команд animate (двумерные) и animate3d (трехмерные) из пакета plot. Среди параметров команды animate3d есть frames – число кадров анимации (по умолчанию frames=8).

Трехмерные изображения удобнее настраивать не при помощи опций команды plot3d, а используя контекстное меню программы. Для этого следует щелкнуть правой кнопкой мыши по изображению. Тогда появится контекстное меню настройки изображения. Команды этого меню позволяют изменять цвет изображения, режимы подсветки, устанавливать нужный тип осей, тип линий и управлять движущимся изображением.

Для создания анимации щелкните по появившемуся изображению правой кнопкой мыши. В появившемся контекстном меню выполните команду AnimationContinuous. Затем снова вызовите контекстное меню и выполните команду AnimationPlay. Для того, чтобы остановить движение, выполните команду AnimationStop.


§3. Вычисление пределов


В Maple для некоторых математических операций существует по две команды: одна прямого, а другая – отложенного исполнения. Имена команд состоят из одинаковых букв за исключением первой: команды прямого исполнения начинаются со строчной буквы, а команды отложенного исполнения – с заглавной. После обращения к команде отложенного действия математические операции (интеграл, предел, производная и т.д.) выводятся на экран в виде стандартной аналитической записи этой операции. Вычисление в этом случае сразу не производится. Команда прямого исполнения выдает результат сразу.

Для вычисления пределов имеются две команды:

  1. прямого исполнения – limit(expr,x=a,par), где expr – выражение, предел которого следует найти, a – значение точки, для которой вычисляется предел, par – необязательный параметр для поиска односторонних пределов (left – слева, right – справа) или указание типа переменной (real – действительная, complex – комплексная).

  2. отложенного исполнения – Limit(expr,x=a,par), где параметры команды такие же, как и в предыдущем случае.

Односторонние пределы вычисляются с указанием параметров: left – для нахождения предела слева и righ – справа.


§4. Дифференцирование

Вычисление производных.

Для вычисления производных в Maple имеются две команды:

  1. прямого исполнения – diff(f,x), где f – функция, которую следует продифференцировать, x – имя переменной, по которой производится дифференцирование.

  2. отложенного исполнения – Diff(f,x), где параметры команды такие же, как и в предыдущей. Действие этой команды сводится к аналитической записи производной в виде .

После выполнения дифференцирования, полученное выражение желательно упростить. Для этого следует использовать команды simplify factor или expand, в зависимости от того, в каком виде вам нужен результат.


Дифференциальный оператор.

Для определения дифференциального оператора используется команда D(f)f-функция.

Оператор дифференцирования применяется к функциональным операторам.

> f:=x-> ln(x^2)+exp(3*x):

> D(f);




§5. Интегрирование

Аналитическое и численное интегрирование.

Неопределенный интеграл вычисляется с помощью 2-х команд:

  1. прямого исполнения – int(f, x), где f – подынтегральная функция, x – переменная интегрирования;

  2. отложенного исполнения – Int(f, x) – где параметры команды такие же, как и в команде прямого исполнения int. Команда Int выдает на экран интеграл в аналитическом виде математической формулы.

Для вычисления определенного интеграла в командах int и Int добавляются пределы интегрирования, например,

> Int((1+cos(x))^2, x=0..Pi)=

int((1+cos(x))^2, x=0..Pi):

Если в команде интегрирования добавить опцию continuous: int(f, x, continuous), то Maple будет игнорировать любые возможные разрывы подынтегральной функции в диапазоне интегрирования. Это позволяет вычислять несобственные интегралы от неограниченных функций. Несобственные интегралы с бесконечными пределами интегрирования вычисляются, если в параметрах команды int указывать, например, x=0..+infinity.

Численное интегрирование выполняется командой evalf(int(f, x=x1..x2), e), где e – точность вычислений (число знаков после запятой).

 

Интегралы, зависящие от параметра. Ограничения для параметров.

Если требуется вычислить интеграл, зависящий от параметра, то его значение может зависеть от знака этого параметра или каких-либо других ограничений. Для получения явного аналитического результата вычислений следует сделать какие-либо предположения о значении параметров, то есть наложить на них ограничения. Это можно сделать при помощи команды assume(expr1), где expr1 – неравенство. Дополнительные ограничения вводятся с помощью команды additionally(expr2), где expr2 – другое неравенство, ограничивающее значение параметра с другой стороны.

После наложения ограничений на параметр ^ Maple добавляет к его имени символ (~), например, параметр a, на который были наложены некоторые ограничения, в сроке вывода будет иметь вид: a~.

Описание наложенных ограничений параметра a можно вызвать командой about(a).


Обучение основным методам интегрирования.

В Maple имеется пакет student. Он содержит набор подпрограмм, предназначенных для выполнения расчетов шаг за шагом, так, чтобы была понятна последовательность действий, приводящих к результату. К таким командам относятся интегрирование по частям inparts и замена переменной changevar.

Формула интегрирования по частям:



Если обозначить подынтегральную функцию f=u(x)v’(x), то параметры команды интегрирования по частям такие: intparts(Int(f, x), u), где u – именно та функция u(x), производную от которой предстоит вычислить по формуле интегрирования по частям.

Если в интеграле требуется сделать замену переменных x=g(t) или t=h(x), то параметры команды замены переменных такие: changevar(h(x)=t, Int(f, x), t), где t - новая переменная.

Обе команды intparts и changevar не вычисляют окончательно интеграл, а лишь производят промежуточную выкладку. Для того, чтобы получить окончательный ответ, следует, после выполнения этих команд ввести команду value(%); где % - обозначают предыдущую строку.

Не забудьте, перед использованием описанных здесь команд обязательно загрузить пакет student командой with(student).






оставить комментарий
страница13/14
Г.С. Сабитова
Дата04.03.2012
Размер1.22 Mb.
ТипУчебно-методический комплекс, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы: 1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   14
плохо
  1
хорошо
  1
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх