- •1. Интерфейс программы Maple.
- •1.1. Рабочий лист и меню.
- •1.2. Панель инструментов.
- •1.3. Язык пользователя.
- •1.4. Совместимость с другими программами.
- •2. Структура команды, операторы, синтаксические символы
- •2.1. Операторы, операнды и основные синтаксические символы команды.
- •2.2. Оператор присвоения, функции пользователя и оператор подстановки.
- •3. Алгебраические операторы.
- •3.1. Равенство и неравенства.
- •3.2. Алгебраические действия.
- •3.3. Специальные константы.
- •3.4. Комплексные числа.
- •3.5. Подстановка численных значений и простые вычисления.
- •3. Специальный оператор вычисления: eval.
- •3.6. Использование символов последовательности, списка, множества.
- •3.7. Элементарные трансцендентные функции.
- •4. Алгебраические преобразования.
- •4.1. Факторизация алгебраических выражений.
- •4.2. Приведение подобных членов.
- •4.3. Упрощение и развёртывание.
- •4.4. Нормализация дробных выражений.
- •4.5. Комбинирование выражений.
- •4.6. Преобразование функций.
- •4.7. Условия на переменные и параметры.
- •5. Вычисления множества значений функции.
- •5.1. Вычисление множества значений данной функции для множества значений аргумента с заданным шагом.
- •5.2. Вычисление множества значений данной функции для выбранного множества значений аргумента.
- •5.3. Вычисление множества значений данной функции для множества значений аргумента с заданным условием.
- •6. Суммы, суммирование последовательности, вычисление сумм.
- •7. Таблицы.
- •8. Графики.
- •8.2. 3-Мерные графики функций двух переменных.
- •8.3. Анимация графиков.
- •9. Решение алгебраических уравнений и их систем.
- •9.1. Решение отдельного уравнения.
- •9.2. Решение системы линейных уравнений.
- •9.3. Решение системы линейного и квадратного уравнений.
- •9.4. Решение системы квадратных уравнений.
- •10. Решение трансцендентных уравнений.
- •10.1. Решение одного уравнения.
- •10.1.1. Справка о функции Ламберта.
- •10.2. Решение системы, содержащей трансцендентные уравнения.
- •11. Пределы и асимптотика функций.
- •11.1. Пределы.
- •11.2. Асимптотическое поведение функций.
- •12. Дифференцирование функций.
- •13. 1-Кратные интегралы (неопределённые и определённые).
- •13.1. Неопределённый интеграл.
- •13.1.1. Справка о функции erf(X) (Интеграл ошибок или интеграл вероятности).
- •13.1.2. Справка о функции (z)
- •13.2. Определённый интеграл.
- •14. Многократные интегралы.
- •1. Неопределённый интеграл. Формат команд:
- •15. Вычисление и графическое представление интегралов.
- •16. Ряды, разложение функций в ряды.
- •16.1. Суммирование рядов.
- •16.1.1. Справка по функциям Бесселя.
- •16.1.2. Справка по дзета-функции Римана.
- •16.2. Разложение функций в ряды.
- •3. Примеры.
- •16.3. Конвертирование рядов и аппроксимация функций полиномами.
- •16.3.1. Приложение аппроксимаций к решению трансцендентных уравнений
- •17. Обыкновенные дифференциальные уравнения и их решение.
- •17.1. Общее решение оду.
- •17.1.1. Справка о функциях Бесселя.
- •17.2. Решение с начальными условиями.
- •17.3. Использование решений дифференциальных уравнений.
- •18. Дифференциальные уравнения в частных производных.
- •18.1. Разделение переменных.
- •18.2. Решение командой pdsolve.
- •18.3. Графическое представление решения.
- •1. Контрольные вопросы для самопроверки
- •5.1. Напишите команду вычисления значений функции для множества значений аргумента с данным шагом.
- •5.2. Напишите команду вычисления значений функции для выбранного множества значений аргумента.
- •2. Задания для лабораторных работ
- •Тема 1. Ознакомление с программой Maple и простейшие вычисления с её помощью.
- •Тема 2. Построение графиков.
- •Тема 3. Решение алгебраических уравнений и их систем.
- •Тема 4. Трансцендентные функции и решение трансцендентных уравнений.
- •Тема 5. Дифференцирование функций.
- •Тема 6. Ряды и их суммы. Представление функций рядами.
- •Тема 7. Интегралы.
- •Тема 8. Обыкновенные дифференциальные уравнения.
- •Тема 9. Дифференциальные уравнения в частных производных.
- •Общая характеристика программы ……………………………………………………. 3
7. Таблицы.
Вставка таблицы в файл: insert spreadsheet. Перенос данных - обычными кнопками. Управление: меню Spreadsheet (активизируется после команды вставки). Вид меню и панели инструментов при этом меняется. При уходе с поля таблицы восстанавливается их стандартный вид. Для повторной работы с таблицей надо выделить её (таблица при этом заключается в рамку). Возможно копирование таблицы в ф.doc с последующим редактированием. Ввод с клавиатуры направляется в выделенную ячейку, которая при этом заштриховывается. Вводимые данные отображаются в белом поле панели инструментов, но в ячейку вписываются только по команде (enter или любая клавиша со стрелками). Контролируйте ввод по данным в белом поле! После ввода enter следует переход в ячейку ниже; после ввода стрелками - переход в ячейку, указанную стрелкой. В ячейках таблицы можно задавать и вычислять все команды. Настройка вида и свойств таблицы - через Spreadsheet/properties и другие пункты этого меню. Возможное число строк и столбцов допускается с большим запасом; лишние можно удалить или спрятать размерами, при переносе в Word, и при печати они игнорируются. Программа Microsoft Word распознаёт таблицы Maple и позволяет их редактировать стандартными средствами.
Пример 1. Таблица квадратов и кубов натуральных чисел.
|
A |
B |
C |
D |
E |
F |
G |
H |
I |
J |
1 | ||||||||||
2 | ||||||||||
3 |
Значения вычисляет программа по введённой команде.
Пример 2. Таблица первых и вторых производных некоторых элементарных функций.
|
A |
B |
C |
D |
E |
1 | |||||
2 | |||||
3 |
Производные находит программа по введённой команде. Ширина столбцов определена по содержанию.
Пример 3. Таблица представления данных, полученных вычислением.
> for x from 0 by 0.1 to 1 do y:=1.5+0.6*x od;
Данные взяты из примера п. 5 и скопированы в таблицу.
|
A |
B |
C |
D |
E |
F |
G |
H |
I |
J |
K |
1 | |||||||||||
2 |
Здесь убраны титульные строка и столбец. Их можно вставить в Microsoft Word.
>
8. Графики.
Оператор графика (plot) применяется как к ранее определённой функции, так и к функции, подставленной прямо в команду.
После вывода графика, при щелчке на нём график показывается в рамке, а строка меню изменяется. Для управления графиком выделите его и используйте возникающие новые меню: Style (стиль), Legend (легенда), Axes (оси), Projection (проекция) и др. Возможен различный выбор оформления графика. Меню стиль позволяет выбрать разные типы линий, в т. ч. пунктиры, и разную толщину их. Пунктирные линии (point) можно обозначать разными символами, например [cross, circle и др.] (см. Style/ symbol). Меню легенда позволяет вводить в поле графика его объяснение - нумерацию линий и их параметры. Меню оси позволяет выбрать вид координат. Размер графика изменяют перетаскиванием меток. Наведение стре-лки на любую точку графика показывает её координаты в особом белом поле, в левом углу панели. Настройка позволяет вывод графиков прямо в файле, в текущей позиции, или в отдельном окне. Мнимые и комплексные функции не представляются графиками, но можно строить отдельные графики для действительной и мнимой частей такой функции. Maple строит график, используя встроенные в программу численные методы, точность которых велика, но не беспредельна. По умолчанию Maple определяет метод счёта, ограниченную область и масштаб графического отображения. Пользователь может задать бесконечный или полубесконечный интервал значений аргумента; в этом случая программа выводит график с искажением масштаба и символическим обозначением бесконечности.
Maple испытывает затруднения в точках разрыва функции и её обращения в бесконечность. Это сразу выражается в плохом виде графика. Плохое поведение функции и погрешности счёта при чрезмерном масштабе влекут появление "всплесков" и неровных "ступенек", не имеющих смысла и свидетельствующих об отказе численных методов или графических возможностей программы. Это надо иметь в виду при графическом решении уравнений. Перед запуском команды проверьте, не имеет ли функция в данном интервале точек разрыва или особых точек, и исключите такие точки из интервала аргумента графика.
Команда на поиск особенности:
> singular(1/(x^2-1));
8.1. 2-мерные графики.
1. 2-мерный график в декартовых координатах. Дополнительный параметр команды - интервал значений аргумента. Функция должна содержать только один буквенно обозначенный аргумент!
> plot(x^2*exp(-x), x=0..5);
График 8.1. Масштаб, цвет, толщина линии - по умолчанию. Можно опустить область определения функции, и её определит сама программа, но это не всегда удачно.
> y:=x^2*exp(-x^2): plot(y, x=-3..3, Y[x]=0..0.5);
График 8.2. Функция задана предварительным присвоением. Дополнительно указано обозначение оси ординат и интервал ординаты. Толщина линии (line wigth) задана средняя (medium).
2. График нескольких функций одного и того же аргумента. Задаётся список функций. Списком же, в том же порядке, заданы стиль (style) и цвет (color) линий. Программа нумерует кривые на графике в порядке их введения в список.
> plot([exp(-x^2), x*exp(-x^2), x^2*exp(-x^2)], x=-3..3, style=[line,line,point], color=[black,red,blue]);
График 8.3. Введение в график обозначений кривых (curve) - меню Legend/ show и edit. Дополнительная настройка вида графика: Style. Точки пересечения 2-х кривых соответствуют решению системы 2-х уравнений, их задающих.
Для комплексных функций:
> f1:=x+I*x^2; plot([Re(f1),Im(f1)], x=-2..2, color=[black,red]);
График 8.4. Графики действительной и мнимой частей функции f1.
> f2:=exp(I*2*x); plot([Re(f2),Im(f2)], x=-4..4, color=[black,red]);
График 8.5. График действительной и мнимой частей функции f2. Иллюстрация формулы Эйлера: действительная часть экспоненты с мнимым показателем - косинусоида, мнимая - синусоида.
3. Графическое представление функции, имеющей особые точки.
Для примера в начале этого раздела:
> f3:=(1/(x^2-1));
> plot(f3, x=-2..-1.1,0..5); plot(f3, x=-0.9..0.9,-5..0); plot(f3, x=1.1..2,0..5);
График 8.6. Функция представлена тремя графиками в областях, где исключены окрестности особых точек.
Возможен другой способ - см. ниже.
> plot(f3, x=-2..2, f[x]=-5..5);
График 8.7. Функция представлена одним графиком во всей области определения, но её значения ограничены сверху и снизу.
>