ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Приложение 1. Инструменты системного анализа

1 2 345

Основы работы в MathCAD[3]

Введение

Эта часть предназначена для первого знакомства с приемами работы в среде MathCAD. Здесь приведено подробное описание того, как в MathCAD можно выполнить простейшие арифметические вычисления, ввести выражение, содержащее переменные, определить функцию и построить её график, решить уравнение или систему уравнений. Выполняйте последовательно все действия, указанные в решениях. Выполнив предписанное читатель сам сообразит, что произошло, и каким способом достигнут результат.

Для сокращения записи условимся обозначать клавиши, которые нужно нажимать на клавиатуре, угловыми скобками: например, <x> означает, что необходимо нажать клавишу х; <Shift>+<x> означает, что нужно нажать клавишу Shift и, не отпуская её, - клавишу х; <Space> - пробел; <Backspace> - удаление влево.

На Рабочем столе щелкните мышью кнопку Пуск, наведите мышь на строку Программы, далее – на строку Mathsoft Apps и щелкните по строке MathCAD 2000 Professional (или другую версию). Появится заставка программы. Затем появится рабочее окно пакета, и приступайте к работе. Если после заставки на фоне рабочего документа появится окно Tip of Day, закройте его. Обратите внимание на белое пространство на экране. Это окно рабочего документа MathCAD – пространство, в котором располагаются все введенные команды и выражения, куда MathCAD выводит результаты вычислений и графики. Содержание этого окна можно редактировать, форматировать, сохранять в файлах, печатать и др.

Задача 1. Вычислить арифметические выражения и .

Решение:

Щелкните мышью по любому месту в рабочем документе. Вы увидите крестик, обозначающий позицию, с которой начинается ввод.

· Введите первое арифметическое выражение, последовательно нажимая клавиши на клавиатуре <2>, <2>, <+>, <1>, <5>, </>, <3>, <Space>, <->, <7>, </>, <2>. Обратите внимание на экран. Вы должны увидеть заданное выражение, обрамленное прямоугольной рамкой, причем число 2 выделено угловой рамкой (синего цвета).

· Введите с клавиатуры знак равенства, нажав клавишу <=>, вы увидите после знака равенства мгновенно вычисленное значение выражения 23,5.

· Щелкните мышью справа внизу возле цифры 3. Вы увидите, что 3 выделено синей угловой рамкой. Нажмите <Backspace>. Вы увидите, что теперь значение выражения не определено, место ввода помечено черной меткой и ограничено угловой рамкой.

· Введите с клавиатуры цифру 5 и щелкните мышью вне выделяющей рамки (или нажмите <Enter>). Вы увидите измененное выражение и её значение 21,5.

· Теперь удалите выражение. Щелкните мышью по любому месту в выражении и нажимайте клавишу <Space> до тех пор, пока все выражение не будет выделено угловой синей рамкой. Нажмите <Backspace> (поле ввода окрасится в черный цвет) и, нажав клавишу <Del>, удалите выделенное. Выражение исчезнет с экрана.

· Введите с клавиатуры второе арифметическое выражение.

· Найдите на экране панель математических инструментов MathCAD (группа из 8 кнопок с изображением калькулятора, графика, матрицы и т.п.). Если таковой не окажется, то щелкните по пункту меню View, в открывшемся меню наведите мышь на строку Toolbar и пометьте строку Math. В панели математических инструментов щелкните по кнопке с изображением черной шапочки. Откроется панель символьных вычислений. Щелкните по кнопке с изображением стрелки (левая верхняя кнопка). Вы увидите соответствующий знак после выражения. Нажмите <Enter>. В результате вы увидите вычисленное значение выражения в виде обыкновенной дроби.

Замечание 1. Если при вводе выражения была допущена ошибка, выделите неправильный символ угловой рамкой (щелкните справа внизу возле символа), удалите выделенный символ (<Backspace>) и введите в помеченной позиции исправление.

Задача 2. Вычислить значение выражения при a=2, b=3, c=4.

Решение:

· Щелкните мышью по свободному месту в рабочем документе.

· Введите значение переменной а, нажимая последовательно клавиши <a>, <Shift>+<:>,<2>. Вы увидите после а знак присваивания “:=”.

· Аналогично введите значения переменных b и с.

· Ниже введенных значений a, b и с введите данное выражение, выполняя следующие действия:

þ во-первых, щелкните по кнопке с изображением калькулятора панели математических инструментов и, в открывшейся панели, щелкните по кнопке с изображением квадратного корня; вы увидите на экране соответствующий символ с помеченным место ввода подкоренного выражения;

þ нажмите клавиши <a>, <Space>, <+>, <b>, <+>, <c>, <Shift>+<6>, <2>, <Space>, <Space>, </>, <2>, < = >; и щелкните по свободному месту вне поля ввода.

Замечание 2. MathCAD читает и выполняет введенные выражения слева направо и сверху вниз, поэтому следите, чтобы выражение для вычисления располагалось правее или ниже определенных для него значений переменных.

Задача 3. Построить график функции .

Решение:

· Щелкните по свободному месту в рабочем документе.

· Введите функцию, последовательно нажимая клавиши <f>, <(>, <x>, <)>, <Shift>+<:>, <x>, <Shift>+<6>, <Space>, <+>, <8>, <*>, <x>, <+>, <1>.

· Щелкните по свободному месту в рабочем документе ниже введенной функции, затем – по кнопке с изображением графика в панели математических инструментов и в открывшейся панели щелкните по левой верхней кнопке. Появится поле для построения графика.

· В нижнюю помеченную позицию графика введите с клавиатуры имя аргумента х, затем щелкните по помеченной позиции с левой стороны, введите с клавиатуры f(x) и щелкните вне прямоугольной рамки.

· Щелкните по пункту X-Y-Plot строки Graph меню Format. В появившемся окне настройки параметров изображения пометьте пункты Crossed и Equal Scales и щелкните OK.

Щелкните по полю графика, затем – по числу, задающему наименьшее значение аргумента (число в левом нижнем углу ограниченного рамкой поля графиков), нажмите <Backspace> и введите с клавиатуры - 20. Аналогично измените правую границу аргумента и границы изменения функции f(x). Щелкните вне поля графика.

Задача 4. Вычислить значение функции при t=2. Вычислите значения функции для всех t=0,1,2,…,9.

Решение:

· Щелкните по свободному месту в рабочем документе.

· Введите функцию. <Enter>.

· Введите с клавиатуры <f>, <(>, <2>, <)>, < = >, <Enter>.

· Введите с клавиатуры <t>, <Shift>+<:>, <0>, <;>, <9>, <Enter>.

· Введите с клавиатуры <f>, <(>, <t>, <)>, < = >. В результате под именем функции появится таблица значений функции.

Задача 5. Решите уравнение .

Решение:

· Щелкните по свободному месту в рабочем документе.

· Введите ключевое слово Given.

· Ниже введите с клавиатуры уравнение, причем при вводе знака равенства нажмите <Ctrl>+< = >.

· Ниже введите Find(x) ® (стрелка из панели символьных вычислений) и щелкните <Enter>. В результате появится столбец, содержащий значения корней уравнения.

Замечание 3. Система уравнений можно решить также по схеме Given, уравнения, Find(x, y, …).

Замечание 4. Сохранение рабочего документа в файле, открытие нового рабочего документа, чтение рабочего документа из файла выполняются стандартным для WINDOWS-приложений образом (с помощью меню File).

В последующих лабораторных работах указания к действиям не так подробны, но после каждого указания приводятся соответствующие выражения, вводимые или выводимые на экран.

Построение графиков

С помощью системы MathCad довольно просто строить графики функций самого различного вида. Рассмотрим алгоритм построения графика на простом примере.

Возьмем функцию y=sin(x)^3.

Bведем функцию, набрав выражение:

В панели математических знаков щелкнем на кнопке с изображением графика - на экране появится палитра графиков.

В палитре графиков щелкнем на кнопке с изображением двумерного графика – на экране появится шаблон графика.

Введем в место ввода шаблона по оси Х имя независимой переменной – х, а в место ввода шаблона по оси У имя зависимой переменной – у(х).

Щелкнем вне пределов графика левой кнопкой мыши. График построен.

Попробуйте самостоятельно построить график функции y=cos(x)+3, где х изменяется от –10 до 20, а y от 0 до 10.

Попробуйте увеличить построенный вами график и немного сместить его. Для этого проделайте следующее:

· Поместите указатель мыши в область графика и щелкните левой кнопкой мыши – вокруг графика появится рамка из черных линий, обрамляющая блок графика.

· Подведите указатель мыши к черному квадратику (маркеру изменения размера) в правом нижнем углу рамки, при этом указатель мыши должен превратиться в двухстороннюю диагональную стрелку.

· Нажав левую кнопку мыши, растяните график по диагонали, а затем зафиксируйте размер, отпустив кнопку мыши.

· Наведите указатель мыши на любую сторону рамки (кроме квадратиков), при этом указатель должен превратиться в черную ладошку.

· Нажав левую кнопку мыши, передвиньте весь блок графика в желаемом направлении и зафиксируйте местоположение, отпустив кнопку мыши.

· В итоге получится увеличенный и перемещенный график. Убрать рамку можно, отведя указатель мыши в сторону от графика и щелкнув левой кнопкой мыши.

! Обратите внимание: когда график находится в рамке, на нем в уголках появляются числа, указывающие масштаб графика по осям Y и X. По умолчанию по оси Х график строится на отрезке изменения аргумента х от –10 до +10. Масштаб по оси Y MathCad устанавливает автоматически. Изменив эти числа, можно задать свой масштаб графика.

Попробуйте изменить масштаб на построенном вами графике.

Отрезок по оси Х можно задать и заранее (до построения графика). Для этого после задания функции нужно указать диапазон изменеия аргумента х.

Пример:

В этом примере вы можете задать свой масштаб, изменив диапазон значений аргумента х.

Обратите внимание, что MathCad автоматически отображает каждую кривую своим стилем и цветом. Однако стиль и цвет кривой можно изменить.

1 2 345