Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
учебное_пособие_часть_1_МСПД - копия.docx
Скачиваний:
3
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
3 Мб
Скачать
☆

Тема 2. Символьные вычисления с использованием встроен-

ных операторов пакета MathCAD

2.1. Упростить выражение с применением встроенного оператора

Simplify. Выражение взять из табл. 2.4

Таблица 2.4

Вариант

Задание

1

a2 − b2

a + b

2

a2 − b2

a – b

3

a3 + 3 ⋅ b2 ⋅ a + 3 ⋅ b ⋅ a2 + b3

a + b

4

a3 + 3 ⋅ b2 ⋅ a − 3 ⋅ b ⋅ a2 − b3

a – b

5

a4 − 4 ⋅ b3 ⋅ a + 6 ⋅ b2 ⋅ a2 − 4 ⋅ b ⋅ a3 + b4

a3 + 3 ⋅ b2 ⋅ a − 3 ⋅ b ⋅ a2 − b3

6

a4 + 4 ⋅ b3 ⋅ a + 6 ⋅ b2 ⋅ a2 + 4 ⋅ b ⋅ a3 + b4

a3 + 3 ⋅ b2 ⋅ a + 3 ⋅ b ⋅ a2 + b3

7

cos ( x )2 + sin ( x )2

8

x2 − 3 ⋅ x − 4

+ 2 ⋅ x − 5

x – 4

9

e2⋅ln( a )

10

( a + b) ⋅ ( a + b) ⋅ ( a + b )

2.2. Разложить по степеням выражение с применением встроен-

ного оператора Expand. Выражение взять из табл. 2.5.

Таблица 2.5. Начало

Вариант

Задание

1

( x + 1) ⋅ ( x −1) ⋅ ( x + 2) ⋅ ( x − 2)

2

( x + 3) ⋅ ( x − 3) ⋅ ( x + 2) ⋅ ( x − 2)

3

( x + 1) ⋅ ( x −1) ⋅ ( x + 4) ⋅ ( x − 4)

4

( x + 1) ⋅ ( x −1) ⋅ ( x + 3) ⋅ ( x − 3)

5 ( x + 4) ⋅ ( x − 4) ⋅ ( x + 2) ⋅ ( x − 2)

Таблица 2.5. Продолжение

6

( x + 1) ⋅ ( x −1) ⋅ ( x + 5) ⋅ ( x − 5)

7

( x + 5) ⋅ ( x − 5) ⋅ ( x + 2) ⋅ ( x − 2)

8

( x + 5) ⋅ ( x − 5) ⋅ ( x + 3) ⋅ ( x − 3)

9

( x + 5) ⋅ ( x − 5) ⋅ ( x + 4) ⋅ ( x − 4)

10

( x + 1) ⋅ ( x − 2) ⋅ ( x + 3) ⋅ ( x − 4)

2.3. Разложить на множители выражение с применением встроен-

ного оператора Factor. Выражение взять из табл. 2.6.

Таблица 2.6

Вариант

Задание

1

x4 − 13 ⋅ x2 + 36

2

x4 + 3 ⋅ x3 − 15 ⋅ x 2 −19 ⋅ x + 30

3

x4 − x3 − 7 ⋅ x 2 + x + 6

4

x4 − 10 ⋅ x 2 +9

5

x4 − 17 ⋅ x 2 +16

6

x4 − 26 ⋅ x 2 +25

7

x4 − 29 ⋅ x 2 +100

8

x4 − 40 ⋅ x 2 +144

9

x4 − 45 ⋅ x 2 +324

10

x4 − x3 − 11⋅ x 2 +9 ⋅ x + 18

2.4. Разложить выражение по подвыражению, используя процеду-

ру Collection Subexpression. Выражение взять из табл. 2.7.

Таблица 2.7. Начало

11Вариант

Задание

1

x2 − a ⋅ y2 ⋅ x2 + 2 ⋅ y2 ⋅ x − x + x ⋅ y

2

x2 − a ⋅ y2 − (3 + x ) ⋅ x2 + 2 ⋅ y2 ⋅ x − x + x ⋅ y

3

x2 − a ⋅ y2 − (3 + x ) ⋅ x2 + 2 ⋅ y2 ⋅ x

4

x2 − a ⋅ y 2 ⋅ x2 + 2 ⋅ y 2 ⋅ x − x + x ⋅ ( y − x + x2 )

5

x2 − (a + x − x2 ) ⋅ y 2 − (3 + x ) ⋅ x2 + 2 ⋅ y 2 ⋅ x

6 x2 − a ⋅ y 2 ⋅ x2 − x + x ⋅ y

Таблица 2.7. Продолжение

7

x2 − ( a − y ) − a ⋅ y2 ⋅ x2 + 2 ⋅ y2 ⋅ x − x + x ⋅ y x

8

x2 − a ⋅ y2 ⋅ x2 + 2 ⋅ y2 ⋅ x − x ⋅ ( a + y ) + x ⋅ y

9

x2 − a ⋅ y 2 ⋅ x2 + (2 ⋅ y 2 + 1) ⋅ x − x + x ⋅ ( y + 1)

10

x2 − (a ⋅ y 2 + 2) ⋅ x2 + (2 ⋅ y 2 − 3) ⋅ x − x + x ⋅ y

2.5. Определить коэффициенты полинома, используя встроенную процедуру Coeffs. Выражение взять из табл. 2.8.

Таблица 2.8

Вариант

Задание

1

( x + a ) ⋅ ( x + b ) ⋅ ( x + c ) ⋅ ( x + d )

2

( x + a ) ⋅ ( x − b ) ⋅ ( x + c ) ⋅ ( x + d )

3

( x + a ) ⋅ ( x + b ) ⋅ ( x − c ) ⋅ ( x + d )

4

( x + a ) ⋅ ( x + b ) ⋅ ( x + c ) ⋅ ( x − d )

5

( x − a ) ⋅ ( x + b ) ⋅ ( x + c ) ⋅ ( x + d )

6

( x − a ) ⋅ ( x − b ) ⋅ ( x + c ) ⋅ ( x + d )

7

( x + a ) ⋅ ( x − b ) ⋅ ( x − c ) ⋅ ( x + d )

8

( x + a ) ⋅ ( x + b ) ⋅ ( x − c ) ⋅ ( x − d )

9

( x − a ) ⋅ ( x − b ) ⋅ ( x − c ) ⋅ ( x + d )

10

( x − a ) ⋅ ( x − b ) ⋅ ( x − c ) ⋅ ( x − d )

2.6. Дифференцировать выражение. Выражение взять из табл. 2.9.

Таблица 2.9. Начало

Вариант

Задание

1

d ( x2 + y 2 )

dx

2

d 2 ( )

a ⋅ x2 + b ⋅ x + c

dx2

3 2 (

( ) ( ) )

d

dx2

ln x

⋅ x2 + sin 2 ⋅ x

⋅ x + 1

Таблица 2.9. Продолжение

4

d 2 ⎛ x2 ⎞

dx2 ⎜ ln ( x ) ⋅ sin ( x ) + 2 ⋅ x + e ⎟

x

⎝ ⎠

5

d 3 ⎛ x3 ⎞

⎜ x2 ⋅ +2 ⋅ + x ⎟

dx3 ⎜ tg ( x ) ⎟

⎝ ⎠

6

d 2 ( )

a ⋅ x2 + b ⋅ x + c

dx2

7

d 4 ⎛ 1 ⎞

⎜ ⋅ x2 + b ⋅ x + c ⎟

dx4 ⎜ ln ( x ) ⎟

⎝ ⎠

8

d (e2⋅x + e−2⋅x )

dx

9

d 2 ( )

e2⋅x + e−2⋅x

dx2

10

d 3 ( ( ) )

esin x + e−2⋅x

dx3

2.7. Интегрировать выражение. Выражение взять из табл. 2.10.

Таблица 2.10. Начало

Вариант

Задание

1

∫ ∫∫ ( x2 + y 2 + z 2 ) ⋅ dx ⋅ dy ⋅ dz

2

∫ ( 2 + 1) ⋅ dx

b

x

a

3

4

b

∫ π ⋅ x ⋅ dx

A

4

sin ( x )3

∫ cos ( x )5 ⋅ dx

5

sin ( x )

∫ cos ( x )4 ⋅ dx

6

y 2

∫ 4 ⋅ dy

1 – y

7

ex − e− x

∫ ex + e− x ⋅ dx

8

∫ e x ⋅ x ⋅ dx

Таблица 2.10. Продолжение

9

∫ ln ( x ) ⋅ x ⋅ dx

10

h r 2 ⋅ x

∫ π ⋅ h ⋅ dx

0

2.8. Решить уравнение относительно переменной x и провести при необходимости отделение корней. Уравнение взять из табл. 2.11.

Таблица 2.11

Вариант

Задание

1

X

∫ cos (t ) ⋅ dt = a

0

2

a ⋅ x2 + b ⋅ x = −c

3

∑ 2 385

x

i =

i =1

4

a ⋅ x3 + b ⋅ x2 + c ⋅ x = 0

5

sin ( x ) + cos ( x ) = 0

6

k ⋅ x + b − y = 0

7

k ⋅ x2 + b − y = 0

8

e x + 1 + x4 = 0

x3

9

tg ( x ) + 1 = 0

x

10

1 + 1 = π

ln ( x ) x 2

2.9. Произвести подстановку тождества f1(x) в выражение y(x), применив оператор Substitute. Выражение y(x) и тождество f1(x) взять из табл. 2.12.

Таблица 2.12

Вариант

Задание

1

(cos ( x )2 + sin ( x )2 )2

2 2

y ( x ) = , f ( x ) ⇒ cos ( x ) + sin ( x ) = 1

cos ( x ) ⋅ 2!+ sin ( x ) ⋅ 3! 1

2

(1 + tg ( x )2 )⋅ cos ( x )2

y ( x ) = , f ( x ) ⇒ 1 + tg ( x )2 = 1

sin ( x ) 1 cos2 ( x )

3

(1 + ctg ( x )2 )⋅ sin ( x )2

y ( x ) = , f ( x ) ⇒ 1 + ctg ( x )2 = 1

cos ( x ) 1 sin 2 ( x )

4

tg ( x )2 sin ( x )

y ( x ) = ⋅ cos3 ( x ) , f ( x ) ⇒ tg ( x ) =

sin ( x )2 1 cos ( x )

5

ctg ( x )2 cos ( x )

y ( x ) = ⋅ sin 2 ( x ) , f ( x ) ⇒ ctg ( x ) =

cos ( x )3 1 sin ( x )

6

y ( x ) = sin ( x + y ) ,

sin ( x ) ⋅ cos ( y ) + sin ( y ) ⋅ cos ( x )

f1 ( x ) ⇒ sin ( x ) ⋅ cos ( y ) + sin ( y ) ⋅ cos ( x ) = sin ( x + y )

7

4 ⋅ cos ( x )2 + 4 ⋅ sin ( x )2 − cos ( x )2 − sin ( x )2

y ( x ) = ,

cos ( x )2 + sin ( x )2

f ( x ) ⇒ cos ( x )2 + sin ( x )2 = 1

1

8

cos ( x )2 + 2 ⋅ sin ( x )2 + sin ( x )2 ⋅ tg ( x )2

y ( x ) = ,

cos ( x )

f ( x ) ⇒ cos ( x )2 + 2 ⋅ sin ( x )2 + sin ( x )2 ⋅ tg ( x )2 = 1

1 2

cos ( x )

9

sin (3 ⋅ x )2 cos (3 ⋅ x )2

2 − 2

y ( x ) = sin ( x ) cos ( x ) ,

8 ⋅ cos ( 2 ⋅ x )

2 2

f ( x ) ⇒ sin (3 ⋅ x ) − cos (3 ⋅ x ) = 8 ⋅ cos ( 2 ⋅ x )

1 2 2

sin ( x ) cos ( x )

10

y ( x ) =

(cos ( x )2 + sin ( x )2 )2

cos ( x ) ,

f1 ( x ) ⇒ cos ( x )

2 2

+ sin ( x ) = 1

2.10. Разложить функцию f(x) в ряд Тейлора в окрестности точки x=0 и взять первых 9 членов ряда. Определить погрешность представле- ния данной функции с помощью ряда для точки x=x0. Функцию f(x) и величину x0 взять из табл. 2.13.

Таблица 2.13

Вариант

Задание

1

f(x)=ex, x0=5

2

f(x)=e2x, x0=2

3

f(x)=cos(x), x0=π/4

4

f(x)=sin(x), x0=π/2

5

f(x)=sin2(x), x0=π/2

6

f(x)=cos2 (x), x0=π/4

7

f(x)=tan2 (x), x0=π/4

8

f(x)=sin3(x), x0=π/4

9

f(x)=arcsin(x), x0=π/4

10

f(x)=arcsin2 (x), x0=π/4

2.11. Разложить относительно переменной x на элементарные дроби выражение, взятое из таблицы табл. 2.14, с применением проце- дуры Parfrac.

Таблица 2.14. Начало

Вариант

Задание

1

1 − x

x4 −1

2

2 ⋅ x2 − 3 ⋅ x + 1

x3 + 2 ⋅ x2 − 9 ⋅ x −18

3

1

x4 −1

4

x + 1

x3 + 2 ⋅ x2 − 9 ⋅ x – 18

5

1 − x2

x3 + 2 ⋅ x2 − 9 ⋅ x −18

6

1 − x4

x3 + 2 ⋅ x2 − 9 ⋅ x −18

7

1 − x2

x4 −1

Таблица 2.14. Продолжение

8

1 − x3

x4 −1

9

1 − x2 − x3

x4 −1

10

1 − x2 − x3

x2 −1

2.12. Найти пределы функции, согласно варианта из табл. 2.15.

Таблица 2.15

Вариант

Задание

1

4 ⋅ x2 −1 lim

x→ 1 2 ⋅ x −1

2

2

4 ⋅ x2 −1 lim

x→6 2 ⋅ x −1

3

lim (1 − cos ( x ))

x →0

4

lim 1

n→∞ n!

5

⎛ 1 ⎞n lim ⎜1 + ⎟ n→∞ ⎝ n ⎠

6

lim 1

x →∞ x

7

sin ( 2 ⋅ x )

lim

x→0 x

8

sin ( x )

lim

x→0 x

9

sin ( 2 ⋅ x )

lim

x→0 sin (5 ⋅ x )

10

lim

x→0

1 − cos ( x )

x