Інженерні розрахунки в MathCad




































Вступ
Тема контрольної роботи "Інженерні розрахунки в MathCad" з дисципліни "Інформатика".
Мета роботи - придбання навичок роботи з системою MathCad.
Завданні 1 передбачає розв’язання системи лінійних рівнянь у програмі MathCAD.
Завданні 2 передбачає розв’язання нелінійного рівняння за допомогою програми MathCAD.
Завданні 3 потребує знайти дійсні розв’язки системи нелінійних рівнянь із заданим ступенем точності в середовищі MathCAD.
Завдання
Завдання 1.
Задана система трьох лінійних рівнянь.
Знайти розв’язок системи матричним методом в середовищі MathCAD.
Розв’язання:
Розв’язання системи рівнянь у матричному виді проводиться за формулою
X=A-1B,
деA - матриця, що складається з коефіцієнтів при невідомих,
А-1 - обернена матриця до матриці А,
B - вектор вільних членів,
X - вектор розв'язків системи.
Для реалізації розрахунків в системі MathCAD необхідно скористатися панеллю інструментів Математика (Math):
яка визивається командою ViewToolbarsMath:
mathcad інженерний розрахунок рівняння
Кнопками панелі Математика необхідно визвати панелі:
Калькулятор (кнопкою ):
Матриця (кнопкою ):
А потім виконати наступні дії:
1. Створимо матрицю А:
Пояснення до виконуваних дій:
Використавши кнопку панелі Matrix:
Задаємо 4 рядки і 4 стовпці. А потім заповнюємо шаблон матриці коефіцієнтами системи:
2. Створюємо вектор В:
Задаємо 4 рядки 1 стовпець:
Після чого заповнюємо маркери шаблону значеннями вільних членів системи:
3. Обраховуємо вектор Х:
Знак присвоєння: = вибираємо на панелі Calculator, обернену матрицю до матриці А створюємо за допомогою кнопки на панелі Matrix.
4. Виводимо результат розрахунків:
Результати рішення системи:
x = 0.091
y = - 0.243
z = - 0,601
t = 0.210
5. Робимо перевірку:
Розв’язок вірний, оскільки результат перемноження матриці А на вектор Х дорівнює вектору В.
Завдання 2
Знайти корінь нелінійного рівняння x3 + sin (x - 3) +1 = 0 з точністю =0.0001
Розв’язання:
Всяке рівняння з одним невідомим може бути записане у вигляді f (x) = 0.
Знаходження наближеного значення дійсних коренів рівняння складається з двох етапів:
1 етап - відділення коренів - виділення відрізка, що належить області існування функції f (x), на якому розташований один і тільки один корінь. Для відділення коріння будують графік функції f (x). Абсциси точок перетину графіка функції y = f (x) з віссю ОХ і будуть наближеними значеннями коренів. По графіку легко вказати відрізки, на яких знаходиться один і тільки один корінь.
2 етап - уточнення наближених корінь, тобто обчислення їх із заданою точністю .
1 етап. Графічне відділення коренів рівняння.
Побудуємо графік функції f (x) = x3 + sin (x - 3) +1.
Опишемо функцію в виді функції користувача:
Вставимо в документ графічну область командою InsertGraphXY-Plot:
Маркери () отриманого шаблону заповнимо відповідно іменем аргументу х і іменем функції f (x):
Відформатуємо графік командою FormatGraphXY-Plot:
Виберемо опцію Grossed (показувати осі координат):
Як видно із графіка функція f (x) перетинає вісь абсцис на інтервалі [-2; - 1]. Для подальших розрахунків приймемо наближене значення кореня x = - 1
2 етап - уточнення кореня до точністі =0.0001.
Уточнення кореня, тобто доведення його до заданого ступеню точності проведемо за допомогою функції root (f (x), x).
Функція реалізує обчислення ітераційним методом, причому спочатку необхідно задати:
точність обчислень за допомогою системної змінної TOL;
початкове значення змінної х (будь-яке значення з відрізку визначеного на графіку).
Порядок дій:
TOL: =0.0001
Пояснення:
TOL - системна змінна, за допомогою якої задається точність обчислень в системі MathCAD.
x: = - 1
Початкова умова, знайдена із графіка.
x: = root (f (x), x)
x= - 1.2361
Застосування функції root для уточнення кореня.
Вивід значенння уточненого кореня х.
В установленому режимі MathCAD як правило виводить 3 десяткові знаки після коми. Оскільки задана точність потребує 4 знаки, необхідно командою FormatResult… в вікні Result Format задати необхідне число знаків:
Отже корінь рівняння х= - 1,2361.
Завдання 3
Розв’язати систему нелінійних рівнянь:
sin (x) + sin (y) - 1.3 = 0
y2 - x2 +x = 0
с точністю =0.00001.
Розв’язання:
Відомо, що розв’язком системи є такі значення х і у, які перетворюють одночасно обидва рівняння в тотожності.
Для знаходження розв’язку системи необхідно спочатку графічно знайти грубе наближення цих значень для х і у.
Очевидно, що потрібно побудувати криві, які описуються рівняннями системи. Координати точки перетину цих кривих (як спільна їх точка) і являтимуть розв’язком системи.
Щоб побудувати ці криві необхідно рівняння системи привести до виду:
y = f1 (x)
y = f2 (x),
тобто в нашому випадку:
.
Після цього побудувати графіки функцій:
.
Порядок дій:
Пояснення:
Описуємо дві функції користувача
Функції asin, sin і вибрати з панелі Calculator.
Будуємо графіки функцій: y1 (x) і y2 (x)
Довільно вибираємо відрізок [a,b], на якому будуємо графік функцій. Задаємо розбиття відрізку точками, описавши х як ранжовану змінну, яка змінюватиметься від а до b з кроком h.
Якщо на вибраному відрізку [a,b] криві не перетнуться змінюмо до тих пір а і b поки не віднайдемо точку перетину.
Із графіка приблизно знайти значення:
х=1,2 і у = 0,4
координати точки перетинання графіків
Задаємо початкові значення розвязку:
x: =1.2 y: = 0.4
Задаємо початкові значення для х і у.
Задаємо точність обчислень
Уточнюємо розвязок до задоного ступеня точності.
Для уточнення розв’язку використовуємо блок рішення, який відкривається директивою Given, а закривається функцією Find. В самому блоці записуються рівняння системи, в яких знак = вставляється з панелі
.
Вектору R присвоюється рішення системи.
Отже х = 1,1413 і у = 0,4015.
Проводимо перевірку розв’язку:
Перевірка розв’язку:
Замість х і у підставляємо в рівняння R0 і R1, які являються елементами вектора R (нумерація елементів починається з нуля).
Оскільки справа отримали нулі - розв’язок задовольняє обидва рівняння.
Література
1.Симонович С. Информатика: базовый курс. - СПб.: Питер, 1999, 640 с.
2.Дьяконов В. MATHCAD 8/2000: специальный справочник - СПБ: Питер, 2001. - 592 с.

Нравится материал? Поддержи автора!
Ещё документы из категории информатика:
Чтобы скачать документ, порекомендуйте, пожалуйста, его своим друзьям в любой соц. сети.
После чего кнопка «СКАЧАТЬ» станет доступной!
Кнопочки находятся чуть ниже. Спасибо!
Кнопки:
Скачать документ