Переменные пределы интегрирования

Хотя результат интегрирования — одно число, всегда можно использовать интеграл совместно с дискретным аргументом, чтобы получить результаты для многих значений параметра. Например, можно задать переменный предел интегрирования. На Рисунке 7 показано, как это сделать.

Рисунок 7: Переменные пределы интегрирования.

Отметим, что вычисления, подобные показанным на Рисунке 7, могут потребовать неоднократного вычисления интеграла. Это может привести к значительным затратам машинного времени, в зависимости от сложности интегралов, длины интервала интегрирования и значения встроенной переменной TOL.

Изменение точности вычисления интегралов

Численный алгоритм интегрирования Mathcad делает последовательные вычисления значения интеграла, увеличивая точность на каждом шаге, и возвращает значение, когда два последних значения отличаются меньше, чем на величину встроенной переменной TOL. На Рисунке 8 показано, как изменение значения TOL влияет на точность вычисления интеграла. Чтобы вывести большее количество значащих цифр.

Рисунок 8: Влияние значения встроенной переменной TOL на вычисление интеграла.

При необходимости можно изменять точность вычислений, включив определения  для  значения TOL непосредственно в рабочий документ, как показано на Рисунке 8. Можно также сделать это с помощью команды Встроенные переменные из меню Математика. Чтобы увидеть эффект изменения точности вычислений, выберите команду Пересчитать все из меню Математика  для повторного вычисления всех выражений в рабочем документе. Если численный алгоритм Mathcad не достигает заданной точности, Mathcad отмечает интеграл сообщением об ошибке “не  сходится”. Эта ошибка может быть вызвана либо функцией, которая имеет особенности, либо наличием осцилляций в интервале интегрирования, либо слишком длинным интервалом интегрирования. При изменении точности необходимо помнить о соблюдении компромисса между точностью и временем вычисления, поскольку увеличение точности требует увеличения времени вычислений.

Криволинейные и двойные интегралы

Mathcad может быть использован для вычисления криволинейных интегралов в комплексной плоскости. Для этого сначала параметризуйте контур. Затем интегрируйте по параметру. Если параметр отличен от длины дуги, необходимо также включить производную параметризации как поправочный коэффициент. Пример приведен на Рисунке 9. Обратите внимание, что мнимая единица i, которая использована в определении пути, должна набираться как 1i.

В Mathcad можно также вычислять двойные или кратные интегралоы. Чтобы ввести знак двойного интеграла, наберите & дважды. Введите подинтегральное выражение, пределы и переменные интегрирования для каждого интеграла. На Рисунке 10 приведен пример.

Рисунок 9: Как в Mathcad вычислить криволинейный интеграл по пути в комплексной плоскости.

Имейте в виду, что двойные интегралы вычисляются дольше, чем простые интегралы. Везде, где возможно, используйте эквивалентный простой интеграл вместо двойного интеграла.

Рисунок 10: Двойные интегралы.

Булевы операторы могут возвращать значения только 0 или 1. Несмотря на это, они могут быть очень полезны. Пример на Рисунке 3 показывает использование булева оператора для установления переменного верхнего предела в операторе суммирования. На Рисунке 11 приведен пример, как булев оператор дает возможность определить значение индекса требуемого элемента массива. Сокровищница Методов и Формул, Электронная Книга, поставляемая MathSoft, содержит большое количество подобных полезных примеров.

Условие	Как ввести	Описание
w = z	[Ctrl] =	Булево равенство возвращает 1, если операнды равны; иначе 0
x > y	>	Больше чем.
x < y	<	Меньше чем.
x y	[Ctrl]0	Больше либо равно.
x y	[Ctrl]9	Меньше либо равно.
w z	[Ctrl]3	Не равно.

Четыре оператора >, <, и не могут применяться к комплексным числам, потому что понятия “больше” и “меньше” теряют значение в комплексной плоскости.

Рисунок 11: Использование булевых операторов.

Функции и операторы имеют много общего. Функция берет аргумент и возвращает результат. Оператор, аналогично, берет операнд и возвращает результат. Нетрудно заметить, что различия между функциями и операторами чисто внешние, а именно:

• Функции имеют имена, например tan или spline; операторы — обычно символы подобно + или x.

• Аргументы функции заключены в круглые скобки, они идут после имени  функции  и разделяются запятыми. Операнды же могут появляться в любом месте. Например, часто встречается запись f (x, y) , но редко x f y. Аналогично, часто используется запись x + y, но редко +(x, y).

Итак, операторы и функции — по сути, одно и то же. Аналогично тому, как определяются пользовательские функции, могут быть определены пользовательские операторы. Это возможно в Mathcad PLUS. Первый раздел описывает определение нового оператора, следующий — его использование, в последнем разделе показывается, как функции могут отображаться на манер операторов.