Реферат: MachCAD Знакомство с неизвестной программой (интерфейс программы)
ТОЛЬЯТТИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СЕРВИСА
Кафедра «Информатика и вычислительная техника».
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТАПо дисциплине «Информатика».
На тему: « MathCad. Знакомство с неизвестнойпрограммой.
Интерфейс программы.»
Выполнил студентгр.
Battman
Шифр №
Проверил: преподаватель
Тольятти
2004г.
СОДЕРЖАНИЕ.
ВВЕДЕНИЕ. 3
НАЗНАЧЕНИЕСИСТЕМЫ… 4
ОСНОВНЫЕМЕНЮ СИСТЕМЫ… 5
ВОЗМОЖНОСТИСИСТЕМЫ… 7
ВЫЧИСЛЕНИЯВ MATHCAD… 8
Идентификаторы… 8
Операторыи функции системы MathCAD… 9
ПОСТРОЕНИЕГРАФИКОВ… 11
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕМАТЕРИАЛЫ… 12
ВВЕДЕНИЕ
MATHCAD — универсальный математический пакет, предназначенныйдля выполнения инженерных и научных расчетов. Основное преимущество пакета — естественный математический язык, на котором формируются решаемые задачи.Объединение текстового редактора с возможностью использования общепринятогоматематического языка позволяет пользователю получить готовый итоговыйдокумент. Пакет обладает широкими графическими возможностями, расширяемыми отверсии к версии. Практическое применение пакета существенно повышаетэффективность интеллектуального труда.
От другихпродуктов аналогичного назначения MATHCAD отличаетсяориентация на создание высококачественных документов (докладов, отчетов,статей) в режиме WYSIWYG (What You See Is What You Get). Этоозначает, что, внося изменения, пользователь немедленно видит их результаты и влюбой момент может распечатать документ во всем блеске. Работа с пакетом заэкраном компьютера практически совпадает с работой на бумаге с одной лишьразницей — она более эффективна. Преимущества MATHCADсостоит в том, что он не только позволяет провести необходимые расчеты, но иоформить свою работу с помощью графиков, рисунков, таблиц и математическихформул. А эта часть работы является наиболее рутинной и мало творческой, к томуже она и время емкая и малоприятная.
Для тех, ктоработает в группах, предусмотрены средства коллективной работы. Возможнаподдержка связи с удаленными пользователями по электронной почте: рабочеепространство в стандартном формате, как и электронное сообщение, можнопересылать непосредственно из программы. Так же при интеграции с информационнойсистемой World Wide Web,позволяющая экспортировать и импортировать рабочие документы в Internet, просматривать по WWW-сообщения и осуществлять гипертекстовые переходы для доступа к информации.
НАЗНАЧЕНИЕ СИСТЕМЫ
MathCAD является интегрированной системойпрограммирования, ориентированной на проведение математических иинженерно-технических расчетов.
Система MathCAD содержит текстовый редактор, вычислитель играфический процессор.
Текстовыйредактор — служит для ввода и редактирования текстов. Тексты являютсякомментарии и входящие в них математические выражения не выполняются. Текстможет состоять из слов, математических выражений и формул, спецзнаков.Отличительная черта системы — использование общепринятой в математике символики(деление, умножение, квадратный корень).
Вычислитель — обеспечивает вычисление по сложным математических формулам, имеет большойнабор встроенных математических функций, позволяет вычислять ряды, суммы,произведения, определенный интеграл, производные, работать с комплекснымичислами, решать линейные и нелинейные уравнения, проводить минимизацию функции,выполнять векторные и матричные операции и т.д… Легко можно менять разрядностьчисел и погрешность интеграционных методов.
Графическийпроцессор — служит для создания графиков. Он сочетает простоту общенияс пользователем с большими возможностями графических средств. Графикаориентирована на решение типичных математических задач. Возможно быстроеизменение размеров графиков, наложение их на текстовые надписи и перемещение ихв любое место документа. MathCAD автоматически поддерживаетработу с математическим процессором. Последний заметно повышает скоростьрасчетов и вывода графиков, что существенно в связи с тем, что MathCAD всегда работает в графическом режиме. Это связано стем, что только в этом режиме можно формировать на экране специальныематематические символы и одновременно применять их вместе с графиками итекстом. MathCAD поддерживает работу со многими типамипринтеров, а так же с плоттерами.
MathCAD — система универсальная, т.е. она можетиспользоваться в любой области науки и техники, везде, где применяютсяматематические методы. Запись команд в системе MathCADна языке, очень близком к стандартному языку математических расчетов, упрощаетпостановку и решение задач.
ОСНОВНЫЕ МЕНЮ СИСТЕМЫ
Основное менюсодержит следующие позиции:
File, Edit, Window, Help – этигруппы команд стандартны для всех windows-приложений,на них останавливаться не будем.
/>View — Наряду со стандартными пунктамиимеются команды «Animate» и «Playback» позволяющие создавать и проигрывать анимации.
В пункте «Preferences» можно задать параметры подключения программык интернет и настройки проверки правописания (только английский язык)
/>Insert — группа команд поуправлению вставкой в документ различных объектов.
Graph –позволяет вставлять в документ графики в 2-х, 3-х, и полярной системахкоординат
Matrix — позволяет вставлять вдокумент числовой массив
Function — позволяет вставлять в документ функции (причемкак обычные математические – синус, косинус, так и специфические матсадовские –работа в изображиниями например)
Unit — позволяет вставлять в документ единицы измерения (метры, градусы и т.п.)
Picture — позволяет вставлять в документ картинки
Math Region/Text Region- позволяет помечать: где вводятся просто текст, а где – формулы
Page Break - позволяет вставлять в документ принудительный переход на следующуюстраницу
Hyperlink — позволяет вставлять в документ гиперссылку
Reference — позволяет вставлять в документ ссылку надругой файл
Component — позволяет вставлять в документ другой файл израсчетных программ Например из Excel-я, из MathLab.
Object — позволяет вставлять в документ вообще любойфайл, например Flash.
/>Format — группа команд поформатированию документа
Команды задают шрифт, цвет, единицы измерение, отступы для Equation – математических формул;
Results – результатов;
Text – текста;
Paragraph – параграфа;
Tabs – табуляции;
Properties – выделенного объекта;
Graph – формат графиков;
Color – цветовые настройки;
Separate regions/Align regions– разбиение и выравнивание областей
Area – блокировка/разблокировка области
Headers/Footers – заголовок и «подвал» страницы
Repaginate now– переразбить страницы
/>Math — группа команд покалькуляции формул
Calculate –вычислить выражение;
Calculate Worksheet – вычислить все на листе;
Automatic Calculation – автоматическоевычисление;
Options –точность вычислений;
/>
Symbolics — группа команд дляалгебраических вычислений
Evaluate –вычислить (алгебраически/с плав. точкой/комплексные числа);
Simplify –упростить;
Variable, Matrix – работа с переменными иматрицами;
ВОЗМОЖНОСТИ СИСТЕМЫ
/>/>Математическийинтерпретатор системы — наиболее интересная её часть. Математические формулы,подлежащие интерпретации, записываются в общепринятом виде. Например, вычислениеквадратного корня из двух в системе MathCAD задаётсякак √2 =, а не в виде PRINT SQR (2), как это делается, скажем, на Бейсике. Для ввода формул используются шаблоны,вводимые определёнными комбинациями клавиш. Имеется возможность измененияформата представления чисел, например числа знаков после разделительной точки,погрешности вычислений и обозначения мнимой единицы (i на j и наоборот) при операциях с комплексными числами.
В MathCAD предусмотрены средства для решения нелинейныхуравнений, не имеющих аналитических решений. Так, функция root(f(x,y,z,),x) ищет значение переменной x, при котором f(x,y,z) = 0. Более сложные вычисления(решение систем нелинейных уравнений, минимизация функций нескольких переменныхи др.) обеспечиваются организацией вычислительного блока, открываемого словом Given.
Специалистов вэлектротехнике и радиотехнике наверняка привлечёт способность системы MathCAD выполнять все предусмотренные в ней вычисления как сдействительными, так и с комплексными числами.
В MathCAD введён функционально полный набор векторных и матричныхопераций. Это существенно облегчает решение задач линейной алгебры. В качествепримера в документе 3 даётся решение системы линейных уравнений с комплекснымикоэффициентами, в ходе которого производится обращение комплексной матрицы. Ктаким уравнениям приводит анализ электрических и электронных цепей напеременном токе.
Есть средствалинейной и сплайн-интерполяции и экстраполяции данных. Линейная интерполяцияграфически означает просто соединение узловых точек графика отрезками прямых. Вотличии от неё сплайн-интерполяция напоминает соединение этих точек с помощьюгибкой линейки. Строго математически это означает проведение через каждые триточки линии, описываемой кубическим полиномом. При этом во всех стыкуемыхточках обеспечивается непрерывность как первой, так и второй производнойкаждого из полиномов. Сплайн-интерполяция — это мощное средство представленияданных, заданных небольшим числом узловых точек.
ВЫЧИСЛЕНИЯ В MATHCAD
Понятияиспользуемые в MathCAD: переменная, константа,системная переменная, функция, оператор.
Заданиепеременных с пределами изменения, что дает возможность проведения циклическихвычислений. Целоисчисленная переменная, меняющаяся с шагом 1 от значения Start до значения End, задаетсяследующим образом:
Name: Start;End что даетName:= Start..End
ИдентификаторыАлфавитсистемы MathCAD строчные и прописные латинские буквы,арабские цифры, ряд греческих букв и специальных знаков. С их помощью задаютсяимена встроенных функций и операторы и идентификаторы. Идентификаторы должныначинаться с буквы и их имена должны быть уникальны. (qwerty,resultat – можно; 1u, sin, альфа — нельзя)
Греческиебуквы вводятся нажатием клавиши Alt и некоторыхлатинских букв.
Константы — это тип данных, имеющие неизменное значениево всей программе. В системе имеется только один тип констант — числовые. Кчисловым константам могут относится и предварительно определенные переменные(системные переменные):
p = 3.14159 p
е = 2.71823 основание натурального логарифма
¥ = 10 ²бесконечность²
% = 0.01 процент
TOL = 0.001 погрешность численных методов
ORIGIN = 0 нижняя граница индексации массивов
Значения ихможно переопределить, но не рекомендуется.
Переменные: набирается:Х:=123
Для ввода значенийпеременных Х =. Форма вывода зависит от установленного пользователем форматавывода. Он может быть глобальным, то есть относится ко всей программе, можетбыть локальным, то есть действовать в ограниченной области.
Глобальныйформат
RADIX= d — тип используемых чисел (d- десятичные).
PRECISION DISPLAYED = 4 — количество знаков после запятой.
EXPONENTIAL THRESHOLD = 6 — границапредставления чисел в экспоненциальной форме.
IMARGINARY SYMBOL = i — обозначение для мнимой единицы.
ZERO TOLERANCE = 15 — значениемашинных нулей при вычислении.
COMPLEX TOLERANCE = 15 — представление машинных нуля для комплексных чисел.
OVERALE DEFAULT — глобальнаяустановка данных.
REVERT — возврат к исходным данным.
DONE — продолжение работы.
Для заданияциклических вычислений с целоисчисленной управляющей переменной циклапользуйтесь следующей конструкцией:
/>/> имяпеременной:=Nнач...Nкон цикл
сцелой
(вводится как ;)
Если Nнач < Nкон, то шаг изменения переменной положительный,если Nнач >Nкон, то отрицательный.
Функции. Всистеме имеется множество функций (тригонометрические, гиперболические,статистические, и т.д.). функция в ответ на обращение к ней по имени суказанием аргументов должны возвратить свое значение.
Х:=1
2+sin(Х)=2.841
Можно задать внешниефункции, или функции пользователя.
eх es (Х):=exp(sin(X)) — такая функция будет вести себя как встроенная
Операторы. Специальныезнаки или слова, вызывающие определенные действия (+, -, =, :, <, >, Ö ).
Операторы и функции системы MathCADОператоры в системе — этокоманды, выраженные в виде специальных знаков, предназначенные для выполненияразличных математических операций:
степень Х^Y ХY
факториал X! 4!=24
корень /X Ö9=3
абсолютное значение |x |-5|=5
нижний индекс Х[i Xi
+, -, *, / — обычным образом
суммирование членов ряда i$X åXi
перемножение членов ряда i i#x
определенный интеграл x&f(x)
производная x?f(x)
Функции — exp(x), ln(x), log(x), cos(x) и т.д.
Суммирование членов ряда
/> i$х i:=1.5
Xi:=2*i
åxi=30
i
Векторными и матричными переменными в системе MathCAD, называются переменные с заданными пределамиизменения.
Можноиспользовать другую конструкцию:
имяпеременной:=Nнач, Nслу...Nкон;
/> шаг в этомслучае равен Nслу-Nнач
Цикл снецелоисчисленным изменением
Примерреализации двойного цикла с вложением.
i:=1..4 — внешний цикл
k:=1..3 — внутренний
aik:=i*k
+Система MathCAD оперирует с двумя типами массивов. Первый -одномерныемассивы или векторы, второй — двумерные или матрицы.
/>/>k:=1..4 0
X: = 1
2
3
4
Yk:=exp[Xk]
/> /> /> /> /> /> <td/> />1
Y:= 2 7 1
7 38
20 08
5459
Для заданиявектора Alt+M, после этогоможет быть введено количество строк и столбцов.
Векторыобозначаются V, матрицы M,скалярные величины — буквой z.
z*v умножениевектора на скаляр
v1*v2 умножение двухвекторов
m1+m2 сложение матриц
m1-m2 вычитаниематриц
mn возведение матрицы в n-степень
mt транспортирование матрицы(обозначается как M[Alt]!)
Sv суммавсех элементов вектора (обозначается как Alt+$+V)
Система имееттак же ряд функций:
length(v) количествоэлементов вектора
last(v) возврашаетиндекс последнего элемента вектора max(v) максимальноезначение
min(v) минимальноезначение
rows(m) числострок матрицы
cols(m) числостолбцов
tr(m) следматрицы m, сумма её диагональных элементов
ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ
Пример построения двухмернойграфики:
/>
/>
/>
/>
Пример построения трехмерной столбчатойдиаграммы:
/>
/>
/>
/>
/>
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
MathCad2000 содержит очень много справочных и иных вспомогательных материалов.
Все они объединены в пункте меню«Resource Center»
/> /> /> /> /> /> /> /> <td/> />
Наиболееменя заинтересовали «Шаблоны решений». Так, не имея глубоких знания программы, человек уже может решать ряд типичных задач, например, ниже приведен примерпостроения простейшего двумерного графика. Это страница-шаблон: в выделенныецветом поля мы можем подставить свои формулы и тут же получить график,совершенно не вникая в особенности МатКада.
/>
В-целомпрограмма произвела на меня положительное впечатление, и если когда-то придетсяпроизводить вычисления, с которыми не сможет справиться Microsoft Excel, обязательно воспользуюсь MathCad-ом.