mplperusteet 1. Tiedosto: mplp001.tex Ohjelmat: Maple, [Mathematica] Sievennä lauseke x 1 ( mplp002.tex (PA P1 s.2011)

Transkriptio

1 Aalto-yliopisto, Matematiikan ja Systeemianalyysin laitos -e mplperusteet. Tiedosto: mplp00.tex Ohjelmat: Maple, [Mathematica] Sievennä lauseke x ( x )( + x ). Kokeile funktiota simplify. 2. mplp002.tex (PA P s.20). Klikkaa hiirellä (Viikkoharjoitukset-sivun) tiedostoa (maple.mw) tässä mplp002pohja.mw ja avaa se ohjelmalla Maple 5. Käy läpi työarkin tehtävät ja siirry sen jälkeen alla oleviin tehtäviin. 2. a) Kokeile Maplen voimia seuraavien sarjojen kohdalla: n= n 2, n= n, n=0 ( ) n 2n +, n= n 3 2 n. b) Montako termiä hajaantuvasta sarjasta on otettava mukaan, jotta vastaava osasumma olisi vähintään 00? (sum, evalf, infinity) n= n 3. mplp002a.tex (PA P s.20) Fibonaccin lukujono (f n ) määritellään alkuehdoilla f 0 = 0, f = ja palautuskaavalla f n+2 = f n + f n+, kun n 2. Samat luvut saadaan suoraan lausekkeesta f n = 5 (ϕ n ( ϕ) n ) arvolla ϕ = Määrittele f n = f(n) funktiona ja osoita, että sekä alkuehdot että palautuskaava toteutuvat.

2 Määrittele aluksi phi:=... Palautuskaavan kohdalla on helpompi osoittaa jokin lauseke nollaksi kuin verrata kahta hankalaa lauseketta. (sqrt, simplify, expand) Muista funktiomääritys: f:=n-> mplp002b.tex (PA P s.20) Intialaisen matemaatikon Srinivasa Ramanujanin ( ) keksimän kaavan mukaan π = 2 2 ( n)(4n)! n (n!) 4 n=0 Tutki (numeerisesti), monennenko osasumman avulla saadaan luvun /π likiarvo 50 desimaalin tarkkuudella. b) Määrittele sarjan yleinen termi a n = a(n) funktiona ja laske raja-arvo a n+ q = lim. n a n Sarja suppenee siis suunnilleen samaa vauhtia kuin sellainen geometrinen sarja, jonka suhdeluku on q. (Pi, sqrt, sum, evalf(luku, desimaalien lkm), limit) Muista funktiomääritys: a:=n-> Suorita Maplella : > series(exp(x), x = 0, 0); # tai taylor(...); > p:=convert(%,polynom); > c:=coeffs(p,x); > evalf(%); Selitä, mitä näissä tapahtuu. (Tutki tarvitessasi helpillä tyyliin?convert.) Piirrä polynomin p kuvaaja sopivalla välillä. 6. Etsi lukujen ja 768 suurin yhteinen tekijä. Suurin yhteinen tekijä lasketaan funktiolla igcd. Jos myös kertoimet halutaan tietää, kannattaa käyttää funktioita igcdex. Luokittelu, avainsanat: Mapleperusteet, mplperusteet, syt, gcd, lukuteoriaa 7. mplp006.tex (HA:n Maple-kirja ss ). Laske 2 23, π 3, e 5 neljälläkymmenellä (40) numerolla. 2. Mikä rationaaliluvuista 22 7, 3 99, approksimoi parhaiten π:tä?

3 3. Kumpi luvuista π e, e π on suurempi? 4. Jaa tekijöihin polynomi x 3 y 3?evalf?factor 8. mplp007.tex (HA:n Maple-kirja ss ) Määrittele polynomilauseke p = x 3 4x 2 + 3x + 2. Määritä p:n juuret ja piirrä kuvaaja välillä, joka sisältää juuret. Määritä myös paikalliset ääriarvot. p:=... (ei siis p =... (kuten Matlabissa)) plot(p,x=a..b)?plot solve yrittaa tarkkaa analyyttista ratkaisua (vaikka onnistuisi, voi olla turhan mutkikas) fsolve numeerinen ratkaisija Luokittelu: Maple perusteet, lausekkeet, yhtälöt, nollakohdat, grafiikka 9. mplp008.tex (HA:n Maple-kirja ss ) Piirrä samaan kuvaan x 4 ja 2 x ja selvitä, kuinka monessa pisteessä ne leikkaavat. Varmaan joudut piirtämään useita kuvia eri alueilta. Suurimman juuren etsimisessä voi oikean alueen ehkä löytää nopeimmin tyyppiä seq([x^4,2^x],x=a..b) olevalla komennolla. Tutki fsolve-komennon help-teksti ja määritä likiarvo suurimmalle juurelle. seq(f(x),x=a..b) toimii kokonaislukuaskelin. Toki askel voidaan säätää halutuksi tähän tyyliin: jono:=seq(a+i*h,i=0..0); Luokittelu: Maple perusteet, jonot (seq), yhtälöt, nollakohdat, grafiikka 0. mplp009.tex (HA:n Maple-kirja ss ) Mitä tekevät seuraavat Maple-komennot: > sum(i^2,i=..0); > ifactor(998); # Maple-oppaan kirjoitusvuosi > ifactor(202); # Aikaa on kulunut. > solve({x+2*y=5,x^2+y^2=0},{x,y}); > solve([x+2*y = 5, x^2+y^2 = 0], [x, y])

4 Kaksi solve-komennon muotoa liityvät tietorakenteisiin. Edellinen käsittelee joukkoina, jälkimmäinen listoina. (Joukon alkioilla ei ole määrättyä järjestystä päinvastoin kuin listassa.) Luokittelu, avainsanat: Mapleperusteet, yhtälöryhmä, joukko, lista, tekijöihin jako.. mplp00.tex Muodosta funktion cos(x) sin(x) ensimmäinen ja toinen derivaatta ja piirrä kunkin kuvaaja sopivaksi katsomallasi välillä kenties mieluiten eri koordinaatistoihin. 2. mplp0.tex (HA:n Maple-kirja ss ) Funktiolausekkeen derivaatta muodostetaan diff-komennolla. Määritä seuraavien funktioiden. ja 2. derivaatta ja sievennä tulokset simplify-komennolla. 6x 3 + 3x 2 2x +, x+ x 2 +, cos(x2 + ), arcsin(2x + 3), + x 4, arctan x Luokittelu, avainsanat: Mapleperusteet, Maplediffint, lauseke, symbolinen derivointi, diff 3. mlp04.tex, mplp04.tex Maple [Mathematica], Matlab (erityisesti b)-kohta). Tarkastellaan funktiota f(x) = + sin(x) + x 2. a) Maple: Määrittele f lausekkeeksi, laske f:n arvo pisteessä x = 2.0 ja piirrä kuvaaja välillä [ 5, 5]. Matlab: Tee vastaava asia Matlabilla, kirjoita skripti. Huomaa, että Matlabissa täytyy ensin antaa x:lle numeerinen (vektori)arvo. b) Tee samat asiat, mutta nyt määrittelemällä f funktioksi. a) Maple Matlab: > f:=-... >> x=... > subs... >> f=... > plot >> plot b) Maple Matlab > f:=x->-... >> f:=@(x) -...

5 Ratkaisu: Ratkaisu: mplperusteet/mplp04r.mw ja.pdf mlperusteet/mlp04r.m ja.pdf Luokittelu: mplteht/mplperusteet/mplp04.tex, matlabteht/mlperusteet/mlp04.tex Avainsanat: Mapleperusteet, funktiot, lausekkeet, Matlabperusteet 4. Laske funktion f(x) = e x2 arvoja 0.5:n välein välillä , ja piirrä taulukoiduista arvoista kuvaaja Määrittele f funktioksi tyyliin f:=x->... Muodosta jono seq-funktion avulla ja ympäröi se listasuluilla tyyliin: h:=0.5: x:=[seq(k*h),k=...] Muodosta funktion arvot tyyliin y:=map(f,x) Taulukon saat esim. array-funktiolla. Datan voi piirtää nykyisin myös "Matlab-tyylillä": plot(x,y) Ratkaisu: x := [seq(.5*k, k = 0.. 0)] f := x->exp(-x^2) y := map(f, x) array([x, y]) plot(x,y) 5. Laske funktion f(x) = e x2 arvoja 0.5:n välein välillä , ja piirrä taulukoiduista arvoista kuvaaja 6. mplp07.tex [mpld09.tex] Opiskelija ottaa lainaa 0000 euroa hetkellä k = 0 ja ryhtyy maksamaan sitä takaisin kuukauden päästä hetkellä k =. Kuukausikorko on % (huh!) ja takaisinmaksu tapahtuu kiintein maksuerin 450 EUR/kk Olkoon y k k:n kuukauden kuluttua jäljellä olevan velan määrä. Kirjoita differenssiyhtälö y k :lle. Muodosta taulukko ja graafinen esitys, jossa on pisteet (k, y k ), ja selvitä sen perusteella, miten kauan velan maksu kestää ja miten paljon rahaa opiskelijaparka käyttää koko projektiin. Luokittelu: Maple-perusteet, Differenssi- ja differentiaaliyhtalot