Вычисление пределов, производных и интегралов в пакете Mathcad 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Вычисление пределов, производных и интегралов в пакете Mathcad



ЦЕЛЬ. Научиться выполнять вычисления пределов, численных значений производных и определенных интегралов, а также эти вычисление в символьном виде.

Основные положения

Вычисление пределов

Для вычисления пределов, производных и интегралов используется панель Матанализ, которая вызывается кнопкой .

Для вычисления пределов используется кнопка . Для получения результата используется символический знак равенства, который вызывается кнопкой из панели Символы кнопка .

Пример:

Численное вычисление производных

Для определения операции дифференцирования следует нажать клавишу вопроса (“? ”) или кнопку , по которой на экране генерируется знак операции с двумя указателями:

Можно вычислить производную n-го порядка с помощью кнопки.

Все переменные и константы должны быть предварительно определены локально или глобально (или совместно). Дифференцируемая функция может быть как действительной, так и комплексной.

Численное вычисление определенных интегралов

Для ввода знака операции интеграла следует нажать клавишу (@) или кнопку , по которой на экране появляется знак операции с 4-мя указателями:

Подынтегральная функция должна быть указана явно, в случае равенства ее константе кодируется данная константа, а не выносится за знак интеграла;

Пределы интегрирования — только действительные выражения, тогда как подынтегральная функция может быть и действительной, и комплексной.

 

Вычисление определенного интеграла при помощи численных методов вычисления

Метод прямоугольников

Для вычисления приближённого значения определённого интеграла отрезок [ a, b ] делят на n равных частей точками

a = x 0< x 1< x 2<…< x n= b,

так, что x i+1- x i=(b - a)/ n (i =0.. n -1). Длина каждого отрезка (шаг интегрирования) определяется как h =(b - a)/ n, а точки разбиения (узлы) x 0= a, x 1= x 0+ h, … x n= x n-1+ h. В узлах вычисляются ординаты y 0, y 1, …, y n, т.е. y i= f (x i). На частичных отрезках [ x i; x i+1] строят прямоугольники, высота которых равна значению f (x) в какой-либо точке каждого частичного отрезка (рис.11.1 и 11.2). Произведение f (x ih определяет площадь частичного прямоугольника, а сумма таких произведений - площадь ступенчатой фигуры, предстающей собой приближённое значение интеграла.

Рис.11.1 Рис.11.2

Если f(xi) вычисляется в левых концах отрезков [xi; xi+1], то получится формула левых прямоугольников:

.

Если f(xi) вычисляется в правых концах отрезков [xi; xi+1], то получится формула правых прямоугольников:

.

Для вычисления интеграла I по методу средних прямоугольников функцию f (x i) вычисляют в точках xi +h/2 Î[xi; xi+1]. В результате получают формулу средних прямоугольников

.

Точность вычисления интеграла зависит от количества прямоугольников, на которые разбивают область интегрирования.

Метод трапеций

Для вычисления интеграла I по методу трапеций промежуток интегрирования [xn; xk] делят на n равных частей, через точки разбиения проводят прямые параллельно оси y до пересечения с графиком функции f(x) (рис.11.3). Потом соединяют точки пересечения, площади полученных n-криволинейных трапеций заменяют площадями прямоугольных трапеций с высотой h=(xn-x0)/n.

Приближенное значение интеграла равно сумме всех площадей частичных трапеций:

,

где yi=f(xi).

Рис.11.3

Вычисление I по методу трапеций более точное, чем по методу средних прямоугольников.

Формула Симпсона

Если на частичном отрезке длиной 2h функция f заменяется дугой параболы (рис.11.4), то можно получить формулу парабол или обобщенную формулу Симпсона:

.

Рис.11.4

Пример расчета определенного интеграла функции в Mathcad методом средних прямоугольников

Задание

1. Выполнить вычисления пределов в среде пакета Mathcad.

2. Выполнить вычисления значения производной и интеграла (вычислить в символьном виде).

3. Реализовать в Mathcad вычисления определенного интеграла с помощью любого численного метода.

Примечание. Задания выбрать из таблицы согласно номеру в журнале.

Содержание отчета

1) Тема, цель работы.

2) Индивидуальное задание, текст документа Mathcad с результатами вычислений.

3) Составленное задание, текст документа Mathcad с результатами вычислений по заданию 2.

4) Индивидуальное задание, текст документа Mathcad с результатами вычислений по заданию 3.

5) Индивидуальное задание, текст документа Mathcad с результатами вычислений по заданию 4.

6) Выводы по проделанной работе.

индивидуальные задания

к заданию 1
Таблица 1

1.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
2.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
3.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
4.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
5.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
6.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
7.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
8.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
9.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
10.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
11.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
12.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
13.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
14.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
15.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
16.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
17.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
18.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
19.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
20.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
21.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
22.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
23.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
24.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
25.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
26.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
27.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
28.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
29.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
30.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 
31.
Вычислить значение производной: Вычислить значение интеграла:
 

Контрольные вопросы

1) Какая панель используется для получения символьного расчета пределов, производных и интегралов?

2) Чем отличается символьное решение от численного?

3) Какие заполнители используются при решении численным методом?

4) В чем заключается метод средних прямоугольников?

5) В чем заключается метод трапеций?

6) В чем заключается метод Симпсона?


Лабораторная работа № 12

Программирование численных в среде пакета Mathcad
на примере решения уравнения

ЦЕЛЬ. Изучить численные методы решения уравнений, научиться использовать возможности Mathcad для программирования численных методов.

Основные положения

В лабораторной работе № 9 мы с вами уже рассматривали решение уравнений в среде пакетаMathcad – графическим методом, с помощью функции root, с помощью решающего блока Given и функции Find. Сегодня мы рассмотрим решение уравнения с помощью численных методов и найдем решение уравнения, создав программы по описанным ниже методам.



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2016-04-26; просмотров: 782; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.145.17.46 (0.022 с.)