Дифференцирование
Аналитическое дифференцирование. Аналитическое дифференцирование функции.
Операция дифференцирования реализована в Mathcad как в численной, так и в аналитической форме и обозначается при помощи традиционного оператора, т. е. соответствующими математическими символами (подобно сложению или умножению).Вычисление производной функции в точке
Для того чтобы рассчитать производную в точке, необходимо предварительно задать значение аргумента в этой точке (листинг 3.2, вторая строка). Результатом дифференцирования в этом случае будет число – значение производной в этой точке.Определение функций пользователя через оператор дифференцирования. Дифференцирование при помощи меню.
Разумеется, оператор дифференцирования, как и любой другой, можно применять для определения собственных функций пользователя. В листинге 3.4 через производную от f (х) определяется еще одна пользовательская функция f(х), и затем, при помощи оператора символьного вывода, находится ее явный вид (предпоследняя строка листинга) и конкретное значение в точке х=1 (последняя строка). | Листинг 3.4.Численное дифференцирование. Дифференцирование в точке.
Вычислительный процессор Mathcad обеспечивает превосходную точность численного дифференцирования. | Для того чтобы численно продифференцировать функцию f (х) в некоторой точке, следует использовать оператор численного вывода (вместо символьного):Об алгоритме дифференцирования
Для численного дифференцирования Mathcad применяет довольно сложный алгоритм, вычисляющий производную с колоссальной точностью до 7-8-го знака после запятой. Погрешность дифференцирования не зависит от констант TOL или CTOL, в противоположность большинству остальных численных методов, а определяется непосредственно алгоритмом.Производные высших порядков
Mathcad позволяет численно определять производные высших порядков, от 3-го до 5-го включительно. Чтобы вычислить производную функции f (х) N-го порядка в точке х, нужно проделать те же самые действия, что и при взятии первой производной (см. разд.Частные производные
С помощью обоих процессоров Mathcad можно вычислять производные функций не только одного, но и любого количества аргументов. Как известно, производные функции нескольких аргументов по одному из них называются частными.Примеры: градиент, дивергенция и ротор
Завершим разговор о частных производных несколькими примерами векторного анализа, которые нередко встречаются в вычислительной практике. Программная реализация первого из них, посвященная вычислению градиента функции двух переменных, приведена в листинге 3.14.Пример: якобиан
Еще одна задача, связанная с нахождением частных производных векторной функции, заключается в вычислении якобиана (или определителя матрицы Якоби) – матрицы, составленной из частных производных векторной функции по всем ее аргументам.Разложение функции в ряд Тейлора. Разложение в ряд при помощи меню.
Еще одна операция, тесно связанная с дифференцированием, представляет собой разложение функции в ряд Тейлора по любой переменной х в некоторой точке.Оператор разложения в ряд
Для разложения в ряд альтернативным способом, с помощью оператора символьного вывода, используйте ключевое слово series, вставляя его одноименной кнопкой панели Symbolic (Символика). После ключевого слова series, через запятую, указывается имя переменной, по которой производится разложение, и порядок аппроксимации (листинги 3.21 и 3.22).