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Mathcad解方程

九)   解方程与方程组

1.解一元一次方程

root函数

格式:

root(f(x),x)

例:

x=0定义变量x(此步不能省)

f(x)=3x-6

root(f(x),x)=2根为2

 

2.解一元高次方程

格式:

polyroots(v)

其中v是系数矩阵(升幂排列)。

例:

f(x):

=x3-10x+2

r=polyroots(v) 

3.解线性方程组Ax=b

格式:

lsolve(A,b)

其中,A为系数矩阵,b为常数项向量。

例:

解方三元一次方程组

z+y+z=6

2x-2y+z=1

3x+4y-3z=2

 

4.解非线性方程组

格式:

find(x,y,…)

使用时,方程组要夹在关键字given和函数find之间。

例:

x:

=1y:

=1定义变量

given

x2+y2=6=用Ctrl=产生

x+y=2=用Ctrl=产生

(一)一)   常用数学符号的输入

1.1.      键盘输入

字母,Ctrl+G希腊字母:

例:

a,Ctrl+G→αp,Ctrl-G→πD,Ctrl-G→Δ

*乘号multiplicationorinner(dot)product

/分数division

^指数exponentiation。

例:

2^3得到23

\平方根squareroot

Ctrl+\n次根nthroot

赋值。

例:

a:

3得到a:

=3(设a=3)

=计算。

例:

3+4=得到7

Ctrl+=相等(关系运算)equalto。

例:

3=4结果为0(真),4=4结果为1(假)

Ctrl+3≠notequal(关系运算)。

Ctrl+9≤lessthanorequal

Ctrl+0≥greaterthanorequal

|绝对值magnitudeordeterminant

'一对括号Matchedpairofparentheses

;数值范围的最后一个数。

例:

2,4;12得到2,4..12

$按范围变量连加Σ。

例:

若n=1,2..4,则

#按范围变量连乘Π。

Ctrl+Shift+4连加summation

Ctrl+Shift+3连乘product

Ctrl+-向量vectorize。

例:

ABCtlr+-得到

"共轭复数。

例:

若x=3+2i,则x”得,其值为3-2i。

!

阶乘

Ctrl+M矩阵

[下标vectorsubscriptormatrixsubscript。

例:

x.i产生xi

Ctrl+1转置transpose

导数differentiation

&定积分。

例:

&产生:

 

 

Ctrl+I不定积分Indefiniteintegral

Ctrl+.(Period)Symbolicequalsign(显示为→)

Ctrl+Shift+.(Period)占位符与符号运算符Keywordsymbolicequalsign

 

Ctrl+4sumofelementsinvector

Ctrl+8crossproduct

Ctrl+6superscript

Ctrl+Shift+?

nthderivative

Ctrl+Enteradditionwithlinebreak

 

Ctrl+L极限Limit

Ctrl+A右极限Right-handlimit

Ctrl+B左极限Left-handlimit

 

2.2.      在数学工具栏上选取

上述键盘操作,也可在数学工具栏的如下几类工具板上选取:

计算工具栏CalculatorToolbar/ArithmeticPalette

求值工具栏EvaluationToolbar

布尔工具栏BooleanToolbar/Palette

微积分工具栏CalculusToolbar/Palette

希腊字母工具栏GreekSymbolicToolbar/Palette

向量和矩阵工具栏VectorandMatrixToolbar/Palette

3.3.      与数学习惯不同之处

①乘号不能省略。

例:

x与y的积不能写成xy,而要写成x·y。

②自变量要用圆括号括起来。

例:

sinx要写成sin(x)。

 

(二)

(二)   创建对象(输入)

定位(单击或用↑、↓、←、→、PageUp、PageDown等键)——输入内容。

(三)(三)   选定对象

1.1.选定一个或连续多个对象

法一:

拖动出一个矩形框围住要选的对象;

法二:

单击首对象——按住Shift键再单击末对象。

2.2.选定不连续多个对象:

单击首对象——按住Ctrl键,依次单击各对象。

3.3.选定全部对象:

“Edit”菜单——SelectAll

(四)(四)   删除对象

选定对象——删除键Delete或退格键。

(五)(五)   移动对象

法一:

选定对象——移动鼠标到区域边界出现手形指针——拖动到目的地;

法二:

选定对象——单击右键弹出菜单——Cut——到目的地单击右键弹出菜单——Paste

(六)(六)   复制对象

选定对象——单击右键弹出菜单——Copy——到目的地单击右键弹出菜单——Paste

(七)(七)   删除括号

定位到前括号的右边——敲退格键,或,定位到后括号的左边——敲删除键

(八)(八)   空格键和左右箭头键的作用

空格键:

用于扩大式子的编辑范围(由蓝色的编辑线指示)。

例:

输入xa+b+y——敲键:

x^a+b空格空格+y

左右箭头键:

用于改变编辑位置(注意编辑线的方向)。

(示例)

(九)(九)   创建文字区CREATINGATEXTREGION

指定位置——“Insert”菜单——TextRegion——输入文字——单击文字区外

一.五.运算与解题

(十)

(一)   数字格式

1.1.改变格式:

“format”菜单——Result/Number——选择精度、指数形式的转换位数等。

2.2.显示数字的全精度:

指定数字——Ctrl+Shift+N将在窗口下部的信息栏上显示数字的全精度。

(十一)

(二)   定义变量

格式:

变量名:

=输入表达式(其中的:

=敲冒号键)

例:

A:

3+4,得到A:

=3+4。

(十二)(三)   定义函数

函数名(自变量表):

=表达式

例:

f(x,y)=x+sin(y)。

 

 

注意:

自变量放在圆括号中。

(十三)(四)   定义范围变量

格式1:

变量名:

=a1..an(其中的:

=敲冒号键,..敲分号键)

例:

i:

=0..3定义了0,1,2,3。

格式2:

变量名:

=a1,a2..an

例:

i:

=2,4..12定义了2,4,6,8,10,12

例:

下图。

 

 

(十四)(五)   算术运算符=

格式:

表达式=

 

例:

得到3.732

 

若表达式中有未定义的变量,则该变量以红色显示,且得不到运算结果。

(举例)

(十五)(六)   符号运算符→

方法:

输入表达式——Ctrl+.(→)——确认(回车或单击区域外)

 

 

例:

 

=与→的区别,例:

 

 

 

(十六)(七)   布尔运算符

Booleanoperatorsareunlikeotheroperatorsinthattheyonlyreturnazerooraone.Despitethis,theycanbeveryuseful.

>greaterthan>

<lessthan<

≥greaterthanorequalCtrl+0

≤lessthanorequalCtrl+9

≠notequalCtrl+3

=equalCtrl+=

布尔表达式的值只有两种:

结果为真时返回0,否则返回1。

例:

若x=5,y=3,则x>y的值为1,x

例:

i:

=0..2

j:

=0..2

 

 

xi,j:

=i=j,则(若xi,j:

=i≤j则得到上三角矩阵)

 

(十七)(八)   运算关键字

Mathcad提供了一些用于代数运算的关键字。

常用关键字:

simplify化简

expand展开

factor分解因式

solve解方程

方法:

输入表达式——Ctrl+Shift+.(占位符与→)——在占位符处输入关键字——确认

例:

化简。

 

 

 

例:

二项式展开

 

例:

分解因式

 

 

例:

解方程

 

 

 

上述操作也可由Symbolics菜单或数学工具栏中的SymbolicKeywordToolbar/Palette完成。

(举例)

(十八)(九)   解方程与方程组

1.解一元一次方程

root函数

格式:

root(f(x),x)

例:

x=0定义变量x(此步不能省)

f(x)=3x-6

root(f(x),x)=2根为2

2.解一元高次方程

格式:

polyroots(v)

其中v是系数矩阵(升幂排列)。

例:

 

 

f(x):

=x3-10x+2

r=polyroots(v)

得解:

 

 

3.解线性方程组Ax=b

格式:

lsolve(A,b)

其中,A为系数矩阵,b为常数项向量。

例:

解方三元一次方程组

z+y+z=6

2x-2y+z=1

3x+4y-3z=2

 

 

4.解非线性方程组

格式:

find(x,y,…)

使用时,方程组要夹在关键字given和函数find之间。

例:

x:

=1y:

=1定义变量

given

x2+y2=6=用Ctrl=产生

x+y=2=用Ctrl=产生

 

 

二.六.函数图象

在绘图之前,要将图形模式设成“自动”,方法是选中“Math”菜单中的AutomaticCalcultion(自动计算),否则修改参数后要人工更新图象(在Math”菜单中选Calculate或敲F9键)。

(十九)

(一)   直角坐标系图象

4.1.      创建图象TocreateanX-Yplot:

①在数学工具栏——GraphToolbar/Palette——X-YPlot

或“插入”Insert菜单——Graph——X-YPlot

或热键@

ChooseGraph/X-YPlotfromtheInsertmenutocreateaplotregion.

②在横轴下方中间的占位符上输入x的表达式,如x.Inthemiddleplaceholderunderthehorizontalaxis,entertheexpressionyouwanttoplotonthexaxis.Forexampletypex。

③在纵轴旁的占位符上输入y的表达式,如x2。

Inthemiddleplaceholderbesidetheverticalaxis,entertheexpressionyouwanttoplotontheyaxis.Forexample,typex^2.

④回车键确认

5.2.      在同一坐标中创建多个图象

在上述x和y的表达式后加一个逗号,再输入第二个表达式即可。

(举例sin(x),cos(x))

 

 

6.3.      改变坐标范围

选取图象区,出现四个表示范围的数——单击这些数可进行修改

7.4.      坐标设置AXISSETTINGS(X-YPLOTS)

双击图象打开对话框——单击X-YAxes——出现各选项:

Double-clickonaplottoopenatabbeddialogbox.

ClickontheX-YAxestab.

Eachaxishasthefollowingcheckboxesassociatedwithit:

 

Logscale对数比例

Gridlines网格线

Numbered数字

Autoscale自动比例

Showmarkers显示标记,用于画平行于坐标轴的线。

方法:

选中此项确定退出对话框后出现两个占位符,在占位符上输入数并确定。

Autogrid自动网格线。

清除该框可在它下面的数字框中输入网线的数目。

Axesstyle坐标类型,有三个选项:

Boxed(边框)、crossed(十字)、None(无)。

Equalscales相等比例。

若选中此项,则X和Y轴有相同的比例。

Whenyou'redone,click"Apply"topreviewtheplot.Click"Close"or"OK"todismissthedialogbox.

8.5.      标题和坐标名称

双击图象打开对话框——单击Labels——出现对话框:

显示标题:

在Title文本框内可输入标题,并选择Above(上方)或Below(下方),选中Showtitle(显示标题)复选框。

显示坐标名称:

选中X-axis复选框,并在后面的文本框内输入x轴的名称,如x,“时间”等;

选中Y-axis复选框,并在后面的文本框内输入y轴的名称,如y,“产量”等。

最后确定。

9.6.      图象设置TRACESETTINGS(X-YPLOTS)

双击图象打开对话框——单击Trace——出现对话框:

Legend图例名称。

清除HideLegend(隐藏图例)后将显示图例及该名称。

Symbol符号,缺省值为None(无)。

若给出符号,则图象由该符号组成。

Line线型。

Color颜色。

Type线类型。

Weight线宽度。

10.7.      图象的放大/缩小:

选取图象区——拖动尺寸柄。

(二十)

(二)   极坐标系图象

创建极坐标系图象:

在数学工具栏——GraphPalette——PolarPlot

或Insert菜单——Graph——PolarPlot

其它操作与直角坐标系图象类似。

例:

画出ρ=asinnφ(玫瑰线)的图象

a:

=3

 

 

(二十一)(三)   3D图象

11.1.      三维条形图CREATINGA3DBARCHART

①定义一个像素矩阵,每个元素的值即是该位置的高度。

Definethematrixofelementstoplot.Thematrixmusthaveatleasttworowsandtwocolumns.

②“Insert”菜单——Graph——3DBarChart。

ChooseGraph/3DBarChartfromtheInsertmenutocreatea3Dbarchartregion.

或在数学工具栏上选图形工具板GraphPalette——3DBarChart

③在占位符处输入矩阵的名字。

Placethenameofthematrixintheplaceholder.

例:

 

 

12.2.      曲面图SURFACEPLOTS

操作步骤与1.类似,只是在第2步选SurfacePlot

Whenyoucreateasurfaceplot,Mathcadvisuallyrepresentsamatrixofdataasasurfaceinathreedimensionalgraph.Youcanchangetheperspectiveofthesurface,itssize,andcolor.Youcanalsochangeasurfaceplotintoanothertypeof3Dplot.

13.3.      3D图形设置

双击图弹出3D图形设置对话框3DPlotFormat。

1①颜色:

单击color&lines——在shading中选择color(彩色)、none(无色)、grayscale(灰度)。

2②坐标线:

在Axes对话框中设置,方法与平面图类似。

3③标题:

在Title对话框中设置,方法与平面图类似。

4④视图:

在View对话框中设置。

例如:

3D图的形式转换,在Displayas复选框组中选择。

(二十二)(四)   动画

14.1.      创建动画

FRAME是一个驱动动画的内建变量,在动画对话框中定义它的值的范围可以生成动画。

方法如下:

Makesureyourworksheetisinautomaticmode.

①创建一个依赖于变量FRAME的表达式或函数及相关的图象CreatearegionwhoseappearancedependsonFRAME.

②在View菜单中选Animate打开动画对话框ChooseAnimatefromtheViewmenutoopentheAnimatedialogbox.

③选择要作动画的区域Enclosetheregion(s)youwanttoanimateinaselectionrectangle.

④在对话框中填入FRAME的初值和终值Inthedialogbox,specifystartingandendingvaluesofFRAME.

⑤单击Animate按钮Click"Animate."

15.2.      播放动画

单击播放按钮或拖动播放滑块。

16.3.      存储动画

生成动画后,在动画对话框中单击Saveas按钮并回答文件名,便可成一个独立的Windows视频文件。

17.4.      动画例

演示当a在-1.9~+1.9范围内变化时,指数函数y=ax的图象的变化情况。

步骤:

1①定义:

a:

=1+FRAME/10;

2②显示a的值:

a=;

3③作y=ax的图象;

4④在View菜单中选Animate打开对话框;

5⑤在ForFRAME的From文本框中填入初值,如-9;在To文本框中填入终值,如9;

6⑥选取a=和图象两个区域;

7⑦单击Animate。

三.七.快速模板QuickSheets

(二十三)

(一)   启动快速模板

单击工具栏上的ResourceCenter(资源中心)按扭Help(或从Help菜单中选ResourceCenter)——QuickSheets

(二十四)

(二)   算术和代数运算ArithmeticandAlgebra

在快速模板QuickSheets中选ArithmeticandAlgebra。

下面是常用的几种:

FactoringanInteger分解整数

FindingtheGCDofTwoInteger求二整数的最大公约数

FindingPrimeNumbers求第n个素数

TrigonometircFunctions(ArgumentsinRadians)求三角函数值(以弧度为单位)

TrigonometircFunctions(ArgumentsinDegrees)求三角函数值(在角度为单位)

NaturalandBase10Logarithms自然对数和以10为底的对数

LogarithmstoAnyBase任意底的对数。

CalculatingBinomialCoefficients求二项式系数

例:

求第50个素数。

步骤:

在快速模板QuickSheets中选ArithmeticandAlgebra——FindingPrimeNumbers——在黄色处填入50并确认即得结果229。

(二十五)(三)   解方程

在快速模板QuickSheets中选SolvingEquations。

下面是常用的几种:

SolvingQuadratics解一元二次方程

SolvinganEquationinaSingleUnknown解一元方程

SolvingaLinearSystemofEquations解线性方程组

SolvingaNonlinearSystemofEquations解非线性方程组

例:

解三元一次方程组:

x+y+z=6

2x-2y+z=1

3x+4y-3z=2

步骤:

在快速模板QuickSheets中选SolvingEquations——SolvingaLinearSystemofEquations——单击样板系数矩阵处并用箭头键使编辑线包含矩阵——用Delete键或退格键删除原矩阵——敲Ctrl+M键创建新的3×3系数矩阵——类似在,在矩阵v处输入常数项向量(3×1矩阵)——确认即得结果。

(二十六)(四)   画图

在快速模板QuickSheets中选GraphsingandVisualization。

下面是常用的几种:

QuickX-YPlotofaFunction函数的直解坐标系图象

PlottingaCircle画圆

PlottingaSphere画球面

DrawingaSurfaceofRotationabouttheX-Axis画绕X轴旋转的曲面

DrawingaSurfaceofRotationabouttheY-Axis画绕Y轴旋转的曲面

例:

画函数f(x)=lnx的图象。

步骤:

在快速模板QuickSheets中选ArithmeticandAlgebra——GraphsingandVisualization——QuickX-YPlotofaFunction——在f(x)(黄色)处删除原来的样板函数后输入ln(x)并确认即得结果。

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