Как в mathcad построить график

Графики в «Маткаде» — построение и исследование

Программа MathCAD обеспечивает стабильное поддержание своих функций уже долгие годы. В этой вычислительной среде работают экономисты, ученые, студенты и другие специалисты, владеющие прикладной и аналитической математикой. Так как математический язык понятен не всем, и не каждый способен за быстрое время его изучить, программа становится сложной для восприятия начинающих пользователей. Нагруженный интерфейс и большое количество нюансов отталкивают людей от использования этого продукта, но на самом деле разобраться в любой рабочей среде возможно — достаточно иметь желание. В этой статье разберем такую важную тему, как построение графиков функций в «Маткаде». Это несложная процедура, которая очень часто помогает при расчетах.

Типы графиков

Помимо того что в MathCAD определены быстрые графики, которые вызываются с помощью горячих клавиш, существуют и другие графические приложения. Например, пользователь может в шапке программы найти раздел «Вставка», а в ней — подраздел «График», в котором можно просмотреть все доступные графики в «Маткаде»:

• График X-Y — показывает зависимость одной величины от другой. Самый распространенный тип, который позволяет быстро оценить и исследовать зависимости.
• Полярный график — использует полярные координаты. Суть графика — показать зависимость одной переменной от другой только в полярной координатной плоскости.
• График поверхности — создает поверхность в пространстве.
• Векторное поле, 3-D график разброса, столбчатая 3-D диаграмма используются для других специальных целей.

Построение графика функции

Невозможно научиться работать с вычислительной средой без примеров, поэтому будем разбираться в MatchCAD на шаблоне.

Допустим, задана функция f(x) = (e^x/(2x-1)^2)-10 в интервале [-10;10], которую необходимо построить и провести исследование. Прежде чем приступить к построению графика функции, необходимо данную функцию перевести в математический вид в самой программе.

1. После того как функция была задана, следует вызвать окно быстрого графика клавишей Shift + 2. Появляется окошечко, в котором расположены 3 черных квадратика по вертикали и горизонтали.
2. По вертикали: самый верхний и нижний отвечают за интервалы значений, которые можно регулировать, средний задает функцию, по которой пользователь может построить график в «Маткаде». Крайние черные квадратики оставляем без изменения (значения автоматически присвоятся после построения), а в средний пишем нашу функцию.
3. По горизонтали: крайние отвечают за интервалы аргумента, а в средний нужно вписать «х».
4. После проделанных шагов нарисуется график функции.

Построение графика по точкам в «Маткаде»

Иногда тяжело задать функцию или посчитать ее значение, поэтому для ее построения используют метод диапазонов. В техническом задании может быть дан только диапазон значений, по которому необходимо воспроизвести изображение.

1. Зададим диапазон значений для аргумента, в рассматриваемом случае x:=-10,-8.5.. 10 (символ «..» ставится при нажатии на клавишу «;»).
2. Для удобства можем отобразить получившиеся значения «х» и «у». Для первого случая используем математическую формулировку «х=», а для второго — «f(x)». Наблюдаем два столбика с соответствующими значениями.
3. Построим график, используя сочетание клавиш Shift + 2.

Заметим, что та часть графика, которая устремлялась вверх, исчезла, а на месте нее образовалась непрерывная функция. Все дело в том, что в первом построении функция претерпевала разрыв в некой точке. Второй график был построен по точкам, но, очевидно, что точка, которая не принадлежала графику, не отображена здесь — это одно из особенностей построения графиков по принципу точек.

Табуляция графика

Чтобы избавится от ситуации, где функция претерпевает разрыв, необходимо протабулировать график в «Маткаде» и его значения.

1. Возьмем известный нам интервал от -10 до 10.
2. Теперь запишем команду для переменного диапазона — x:=a,a + 1 .. b (не стоит забывать, что двоеточие — результат нажатия клавиши «;»).
3. Смотря на заданную функцию, можно сделать вывод о том, что при значении «х=1» будет происходить деление на ноль. Чтобы без проблем протабулировать функцию, стоит исключить эту операцию так, как показано на картинке.
4. Теперь можно наглядно отобразить значения в столбиках, как мы это делали с построением по точкам. Табуляция выполнена, теперь все значения с шагом в одну единицу соответствуют своим аргументам. Обратите внимание, что на «х=1» значение аргумента не определенно.

Минимум и максимум функции

Чтобы найти минимум и максимум функции на выбранном участке графика в «Маткаде», следует использовать вспомогательный блок Given. Применяя этот блок, необходимо задать интервал поиска и начальные значения.

Почему не строится график в маткаде

Вам будет интересно: Пуристы — это. Значение слова

Почему mathcad не строит график

Почему mathcad не строит график

Не строит 3D график
Может кто с таким сталкивался? Поставила Mathcad 15. Не строит графики поверхности, ну вообщем 3D.

Сообщения об ошибках в Mathcad

Can only evaluate an n-th order derivative when n=0,1..5.

Can’t evaluate this function when its argument less than or equal to zero

Can’t converge to a solution

Can’t define the same variable more than once in the same expression

Can’t determine what units the result of this operation should have

Cant divide by zero

Could not find a solution

Can’t find the data file you’re trying to use

Can’t have anything with units or dimensions here

Can’t have more than one array in a contour plot

Can’t perform this operation on the entire array at once. Try using «vectorize» to perform it element by element

Can’t plot this many points

Can’t understand something in this data file

Can’t understand the name of this function

Can’t understand the way this range variable is defined

Rvar := nl . .n2 Rvar := nl,n2 . .пЗ

Cant understand this number

Cant use a range variable in a solve block

Cannot evaluate this accurately at one or more of the values you specified

Cross product is defined only for vectors having exactly three elements

Can’t evaluate this expression. It may have resulted in an overflow or an infinite loop

Degree of the polynomial must be between 1 and 99.

Dimensions must be >4

End points cannot be the same

Equation too large

Floating point error

Found a singularity while evaluating this expression. You may be dividing by zero

Found a number with a magnitude greater than 1СГ307

Illegal context. Press <F1> for help

Not enough memory for this operation

The expression to the left of the equal sign cannot be defined

The number of rows and/or columns in these arrays do not match

The units in this expression do not match

There is an extra comma in this expression

This expression is incomplete. You must fill in the placeholders

This expression is incomplete. You must provide an operator

This function has too many arguments

This function is undefined at one or more of the points you specified

This function needs more arguments

This operation can only be performed on a function

This operation can only be performed on an array. It can’t be performed on a number

This operation can only be performed on a number or an array

This operation can only be performed on a string

This subscript is too large

This value must be a matrix

This value must be a vector. It can be neither a matrix nor a scalar

This value must be an integer greater than 1

This variable or function is not defined above

Value of subscript or superscript is too big (or too small) for this array

This is not a scalar. Press <F1 > for help

You have one solve block inside another. Every «Given» must have a matching «Find» or «Min-err».

You interrupted calculation. To resume, click here and choose «Calculate» from the «Math» menu

XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2020

Программа Mathcad дает возможность создать вычислительную среду для разных математических расчётов и выведения результатов работы в рамках принятых стандартов.

Что нужно знать о программной среде Mathcad? Родоначальником компании, которая создала PTC Mathcad, стал Mathsoft, во главе с Алленом Раздоу, который стартовал своё дело Mathsoft еще в 1984 году [1, 2, 3, 4].

В состав масштабной корпорации 2006 году PTC компания Mathsoft вошла только в 2006 году.

Mathcad Prime — программный продукт, который стал новым поколением приложения для инженеров с модернизированным интерфейсом.

Mathcad Prime 3.1 – новейший выпуск PTC Mathcad, который увидел мир в 2015 году.

Все знают, что основным назначением данного приложения являются математические вычисления, но это только начало, ведь технические возможности программного компонента действительно обширны и постоянно пополняются новыми элементами. Среди ключевых возможностей Mathcad следует выделить [5, 6].

Построение проектных формул: программа Mathcad представляет собой не просто отдельный элемент вычислительной системы. По факту, пользователь, работая в данной программной сфере, формирует целые предложения из символов математики и алгебры. Для начала конструктор определяется с переменными, записывает их в виде текста, а потом отправляет всю эту сложную математику в программную среду Mathcad. Можно сказать, что с её помощью уравнения приобретают свой естественный вид.

Работа с графическими объектами: пользователь всегда может построить график или схему на основе результатов произведенных вычислений в Mathcad. Более того, график приобретает динамические свойства. Если хотя бы один из формульных параметров будет изменен, обновление сразу же отобразится на графике [7, 8, 9, 10].

Объединение с САПР: программа Mathcad сконструирована таким образом, что её без труда можно подключить к любому другому программному средству. Это позволяет существенно увеличить набор применяемых параметров и используемых функций.

Редактор формул дает возможность набор формул в привычной математической нотации. Средства построения графиков и диаграмм сочетают простоту использования и эффектные способы визуализации данных и подготовки отчетов.

На данный момент программу применяют больше 250 000 инженеров по всему миру. С помощью простого и понятного интерфейса инженеры могут комбинировать текст, «живые» вычисления и графики на одном рабочем листе.

Mathcad включает более 400 встроенных функций и автоматизированное управление единицами измерения.

Текущие версии Mathcad: Mathcad Prime 3.0 ; новая редакция программы; Mathcad 15 – традиционная редакция.

Программы имеют примерно схожий функционал, но существенно различаются строением интерфейса (в частности, Mathcad Prime содержит ленту и располагает расширенными средствами представления расчетов).

Одним из многих достоинств Маткад является легкость построения графиков. Панель графиков вызывается нажатием кнопки с изображением графиков на математической панели.

В MathCAD встроено несколько различных типов графиков, которые можно разбить на две большие группы.

Двумерные графики: X-Y (декартов) график (X-Y Plot); график в полярных координатах (Polar Plot).

Трехмерные графики: график трехмерной поверхности (Surface Plot); график линий уровня (Contour Plot); трехмерная гистограмма (3D Bar Plot); трехмерное множество точек (3D Scatter Plot); векторное поле ( Vector Field Plot ).

Для создания графической области в MathCAD имеется три способа. Первый способ создания с использованием панели инструментов Graph (График), второй – с помощью главного меню, третий – с помощью клавиатуры.

Для создания графика любым из этих способов необходимо:

1) поместить курсор ввода в то место документа, куда требуетсявставить график.

2) создать координатную сетку для графика функции. Для этого выполнить одно из следующих действий: нажать на панели Graph(График) кнопку с желаемым типом графика; на главной панели нажать следующую последовательность команд Insert(Вставить) /Graph(График) /Выбрать желаемый тип графика; нажать на клавиатуре комбинацию клавиш в соответствии с табл.1.

Вопрос 49. MathCad. Построение графика функций

2) Вводим функцию, график которой собираемся строить. Пусть в нашем случае это будет функция f1(x) = sin(x). Обращаю ваше внимание, что вместо знака » = » в маткаде для операции присваивания используется » := «. Для того, чтобы ввести этот знак в маткаде достаточно при вводе формулы нажать клавишу » : «. Также знак присваивания можно найти в панели инструментов.

3) Открываем панель «Graph» (меню «View -> Toolbar -> Graph»).

4) В появившейся панели «Graph» нажимаем «X-Y Plot» (построение графика в координатах X-Y).

5) После нажатия на кнопочку, показанную выше, у вас появится следующее:

6) См. рисунок ниже. Элементы, выделенные красным, — это названия осей, выделенные синим — диапазоны осей (минимальное и максимальное значение). Для того чтобы изменить их (на рисунке они ещё не заданы) необходимо щёлкнуть на них (прямо по чёрному прямоугольнику, маркеру) и ввести необходимое значение.

7) Нам необходимо заполнить эти поля следующим образом:

В принципе уже после заполнения полей, которые содержат названия осей (а точнее привязку оси к переменной) масштаб осей выставится автоматически. Однако, это можно легко поправить (щёлкнув сначала по оси, а потом по числу, находящимуся на месте, где изначально были чёрные прямоугольники и изменив значение на требуемое).

График можно растягивать и сжимать. Щёлкнув на графике, вы увидите, что по правой и нижней границам появились чёрные прямоугольники. За них и надо тащить.

Для построения обратиться к пункту ВСТАВКА команда ГРАФИК (см. рисунок)

Построение графиков функций одной переменной

Основные операции при построении графика. При построении графика необходимо выполнить следующие шаги:

· щелкнуть мышью в том месте, где нужно создать график;

· обратиться к пункту Вставка, командам График – Х-У Зависимость. В рабочем документе создается пустой график с шестью полями ввода;

Другие четыре поля используются для выбора границ на осях координат

Пример. В рабочем документе постройте график функции f(x)=x2+ x для x меняющимся от -10 до 10 с шагом 0.1.

Форматирование и редактирование графиков

Для изменения формата осей, способа их оцифровки, цвета графиков необходимо:

· щелкнуть мышью на графике, чтобы он заключился в синюю рамку;

· обратиться к появившемуся пункту X-Y-Plot, команде Format;

· используя закладки X-Y-оси, Графики, надписи выполнить форматирование

Построение нескольких графиков

Графическое представление вектора

Графики в полярной системе координат

График параметрической функции

Графики функций двух переменных (поверхностей)

Для создания трехмерного графика (графика функции двух переменных) необходимо щелкнуть на одной из следующих кнопок палитры Графика с изображением требуемого типа графика. В документе появится шаблон графика с тремя осями и пустым полем. В это поле вводится либо имя массива, либо имя функции двух переменных.

В первом случае предварительно необходимо сформировать матрицу из значений функции в узлах прямоугольной сетке.

Во втором случае предварительно надо описать функцию от двух переменных.

Пример построения графика с формированием матрицы. Необходимо построить график функции

f(x,y) = Sin(x2 + y 2) для x [-1.5, 1.5] , y [-1.5, 1.5]

Окно форматирования трехмерных графиков вызывается аналогично и имеет ряд вкладок:

· общие – установка общих параметров форматирования;

· ось – установка параметров форматирования координатных осей;

· вид – установка вида графика;

· освещение – задание условий освещения и выбор схемы освещения;

· название – задание титульных надписей и их параметров;

· основание – установка параметров форматирования граней;

· особый – задание специальных эффектов форматирования;

· дополнительно – установка дополнительных параметров;

· данные QuickPlot – параметры быстрого построения графика.

Автоматическое формирование матрицы

Графики векторных полей

Для отрисовки векторного поля ( в каждой точке такого поля задается не скалярная величина, а вектор с двумя проекциями ) необходимо :

· вычислить две матрицы ( первая содержит проекции вектора на ось Х, вторая на ось У ) или сформировать комплексную матрицу;

· обратиться к пункту меню Graphics, команде Create Vector Field Plot ;

· заполнить в нижней части появившегося шаблона поле, введя туда имена двух вещественных массивов или имя одного комплексного массива.