МУ Расчеты в mathLab

2) x [ 10;8], шаг 2, y 3x2 2x 1. III. Выполнить операции над матрицами:

1)2А+В–1;

2)А∙ВТ;

3)|A|.

IV. Построить в одной системе координат графики функций f=x2 и y=sinx при x [–5; 5] с шагом 0,5. Отформатировать графики по образцу.

V. Решить уравнение 2x 1 1 0.

VI. Найти корни полинома 10x3 3x2 2x 0,5 0. VII.Решить систему линейных уравнений

10x1 x2 x3 12;

2x1 10x2 x3 13;2x1 2x2 10x3 14.

VIII. Решить систему нелинейных уравнений

2x2 y 3;

x 2y 4.

31

Вариант 2

I. Вычислить значения выражений при x=–3, b=2:

1)d b(cos3 x e b 3 );

2)s bx x2 sin 2 . ln x 2

II. Вычислить значения функций на соответствующем отрезке:

1)А–1+3В;

2)АТ∙В;

3)|В|.

IV. Построить в одной системе координат графики функций f=sinx2–cosx и y=x2–3 при x [–4;4] с шагом 0,3. Отформатировать графики по образцу.

V. Решить уравнение x 1 x 2 2 0.

VI. Найти корни полинома 3x3 8x2 2x 2 0.

32

VII.Решить систему линейных уравнений

6x1 x2 x3 11,33;

x1 6x2 x3 32;x1 x2 6x3 42.

VIII. Решить систему нелинейных уравнений

x3 2y 1;

3x 3y2 2.

ПОСТРОЕНИЕ ТРЕХМЕРНЫХ ГРАФИКОВ

Построение трехмерных графиков (поверхностей) во многом похоже на построение двумерных графиков. Для этого используется команда plot3, которая имеет несколько вариантов записи:

plot3(X,Y,Z) – строит поверхность по точкам, координаты которых берутся из матриц X, Y, Z;

plot3(X1,Y1,Z1,Х2,Y2,Z2,...) – строит несколько поверхностей

Z1, Z2 и т. д.;

plot3 (X,Y,Z,S) – строит поверхность заданным типом и цветом линии и точек (S – строковая константа, задающая тип и цвет линии и точек);

plot3(X1,Y1,Z1,S1,Х2,Y2,Z2,S2,Х3,Y3,Z3,S3,...) – строит не-

сколько поверхностей Z1, Z2 и т.д. заданным типом и цветом линии и точек (S1, S2 и т.д.).

Значения строковой константы S приведены ранее (см. табл. 4-6). Особенно наглядное представление о поверхностях дают сетчатые графики, использующие функциональную закраску ячеек. Например, цвет окраски поверхности z(x, у) может быть поставлен в соответствие с высотой z поверхности с выбором для малых высот темных тонов, а для больших – светлых. Для построения таких поверхно-

стей используются команды класса surf:

surf(X,Y,Z) – строит цветную параметрическую поверхность по данным матриц X, Y и Z;

surfc(X,Y,Z) – строит цветную параметрическую поверхность по данным матриц X, Y, Z и проекцию фигуры на опорную плоскость.

Иногда бывают полезны графики трехмерных слоеных поверхностей, как бы состоящие из тонких пластинок – слоев.

33

Такие поверхности строит функция waterfall:

waterfall(X,Y,Z) – строит поверхность, состоящую из тонких пластинок – слоев.

Порядок построения трехмерных графиков следующий:

1. Задать матрицы X и Y на основе диапазонов значений переменных x и y с помощью команды преобразования диапазонов значений переменных в соответствующие матрицы:

[X,Y]=meshgrid(диапазон1, дипазон2);

если диапазоны одинаковые, то

[X,Y]=meshgrid(диапазон);

2.Задать функцию Z(X,Y).

3.Построить поверхность нужного вида с помощью соответствующей команды.

4.Отформатировать график.

Отформатировать трехмерный график можно с помощью окна свойств графика или специальных команд (см. построение двумерных графиков). Кроме того, для форматирования цветных поверхностей есть дополнительные команды:

colormap(gray) – задает окраску тонами серого цвета;

shading interp – устраняет изображения линий и задает интерполяцию для оттенков цвета поверхности;

colorbar – выводит на экран цветовую шкалу.

Пример

Построить график функции z(х,у)=х2+у2 на отрезке [–3; 3] с ша-

гом 0,15.

Порядок ввода:

>>[X,Y]=meshgrid([–3:0.15:3]);

>>Z=X.^ 2+Y.^2;

>>plot3(X,Y,Z)

>>grid

Пример

Построить цветной график функции g(х,у)=5x∙sinx–3,5у2 и его проекцию на отрезке [–3; 3] с шагом 0,15.

34

Порядок ввода:

>>[X,Y]=meshgrid([–3:0.15:3]);

>>G=5*X.*sin(Y)–3.5*Y.^2;

>>surfc(X,Y,G)

В результате каждого построения получим графики, показанные на рис. 9.

Рис. 9. Графики функций z(х,у)=х2+у2 и g(х,у)=5x∙sinx–3,5у2

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

I. Построить цветные поверхности функции z=2xsinx+3ycosy на заданных отрезках и отформатировать их по образцу:

1) на отрезке [–2; 2], шаг 0,2; 2) на отрезке [–5; 5], шаг 0,5.

35

II. Построить с помощью соответствующих команд графики функции z=x2+y2 на отрезке [–2; 2] с шагом 0,2. Отформатировать графики по образцу:

z

y

x

III. Построить цветные поверхности функций на отрезке [–4; 4] с шагом 0,2 и отформатировать их по образцу:

(x2+y)/3*(cos3y+siny)

z

z

36

3) x2 y2 2z, [–4; 4], шаг 0,2. 8 8

z

IV. Построить и отформатировать поверхность:

x2 y2 z2 1, [–5; 5], шаг 0,5. 50 5 50

ВЫЧИСЛЕНИЕ ИНТЕГРАЛОВ

Численное интегрирование (историческое название: квадрату-

ра) – вычисление значения определённого интеграла (как правило, приближённое), основанное на том, что величина интеграла численно равна площади криволинейной трапеции, ограниченной осью абсцисс, графиком интегрируемой функции и отрезками прямых x = a и x = b, где a и b – пределы интегрирования (рис. 10).

Для вычисления интегралов в MATLAB можно использовать функции:

int(f,x) – вычисляет неопределенный интеграл;

int(f,v,a,b) – вычисляет определенный интеграл,

37

где f – подынтегральная функция, x – переменная интегрирования, a и b – пределы интегрирования.

Рис. 10. Определённый интеграл как площадь фигуры

Пример

Вычислить неопределенный интеграл x3dx.

Порядок ввода:

>>syms x

>>f=x^3;

>>int(f,x)

В результате получим выражение 1/4*x^4.

Пример

3

Вычислить определенный интеграл x3dx.

1

Порядок ввода:

>>syms x

>>f=x^3;

>>int(f,x,1,3)

38

В результате получим значение определенного интеграла 20. Если MATLAB не выводит сразу численное значение определенного интеграла, то используйте функцию vpa, например,

>> vpa(int(f,x,1,3),3).

Для вычисления двойных, тройных и т.д. интегралов необходимо использовать функцию inf несколько раз.

39

II. Вычислить определенные интегралы:

III. Вычислить двойные интегралы:

IV. Вычислить тройные интегралы:

ВЫЧИСЛЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ

Вычисление пределов от символьных выражений производится с помощью встроенной функции limit:

limit(f) – вычисление предела функции f при стремлении аргумента функции к нулю;

limit(f,a) – вычисление предела функции f при стремлении аргумента функции к числу a;

limit(f,x,a,’left’) – вычисление предела функции f при стремлении переменной x к числу a слева;

limit(f,x,a,’right’) – вычисление предела функции f при стремлении переменной х к числу a справа;

limit(f,y,a) – вычисление предела функции нескольких переменных f при стремлении переменной y к числу a.

Примечание. Символ бесконечность ( ) в MATLAB записывается как inf. Неопределенное значение в MATLAB записывается как

NaN.

40