Владимир Дьяконов - Maple 9.5/10 в математике, физике и образовании

Вызов всех функций пакета осуществляется командой:

> with(LinearFunctionalSystems);

Прежде чем рассматривать основные функции пакета, рассмотрим две тестовые функции. Они представлены следующими формами записи:

IsSolution(sol, sys, vars)

IsSolution(sol, A, b, x, case)

IsSolution(sol, A, x, case)

AreSameSolution(sol, sol1)

В них: sol — тестируемое решение, sys — система функциональных уравнений, x — независимая переменная решения, А и b — матрица и вектор с рациональными элементами, case — имя метода решения ('differential', 'difference' или 'qdifference')

Группа основных функций пакета LinearFunctionalSystems имеет идентичный синтаксис и записывается в виде:

name(sys,vars,[method])

или

name(A[,b],x,case,[method])

Здесь name — одно из следующих имен:

• PolynomialSolution — решение в форме полинома;

• RationalSolution — решение в форме рационального выражения;

• SeriesSolution — решение в виде ряда;

• UniversalDenominator — решение с универсальным знаменателем (и числителем, равным 1).

Система функциональных уравнений задается либо в виде полной системы sys со списком переменных vars, либо в матричном виде с заданием матрицы коэффициентов системы А и вектора свободных членов b (может отсутствовать) с указанием независимой переменной x и параметра case, имеющего значения 'differential', 'difference' или 'qdifference'. Параметр method, задающий метод EG-исклю-чения может иметь значения 'quasimodular' или 'ordinary'.

Несколько вспомогательных функций пакета LinearFunctionalSystems представлено ниже:

• MatrixTriangularization(mat, m, n, х, It) — триангуляция матрицы mat размера m×n с указанием типа It ('lead' или 'trail');

• CanonicalSystem(shift, sys, vars) или CanonicalSystem(shift, A[, b], x, case) — возвращает систему в каноническом виде (параметр shift задается как 'difference' или 'q-difference', назначение других параметров соответствует указанным выше для других функций);

• ExtendSeries(sol, deg) — расширяет ряд решения sol до расширенного ряда степени deg;

• HomogeneousSystem(homo, sys, vars) или HomogeneousSystem(homo, A[, b], x, case) — преобразует исходную систему в гомогенную с именем homo.

• Properties(sys, vars) или Properties(A[, b], x, case) — возвращает основные свойства системы.

Ряд примеров применения пакета LinearFunctionalSystems представлен в файле lfs и в справке по данному пакету.

Возможности Maple 10 в решении дифференциальных уравнений существенно расширены. Это прежде всего касается решения ряда таких уравнений в аналитическом виде. В частности введен ряд новых опций для функции dsolve, представляющих решения дифференциальных уравнений, например Абеля, Риккати и др. На рис. 7.38 представлен пример решения линейного дифференциального уравнения, представленного через новую специальную функцию Хеуна (Heun). Этот пример описан в самоучителе Maple 10.

Рис. 7.38. Пример решения линейного дифференциального уравнения

Решатель дифференциальных уравнений Maple 10 способен находить аналитические решения и для большого числа дифференциальных уравнений в частных производных. Пример такого решения из самоучителя Maple 10 представлен на рис. 7.39.

Рис. 7.39. Пример решения дифференциального уравнения в частных производных

Поскольку большая часть новых возможностей Maple 10 в решении дифференциальных уравнений представляет ограниченный интерес для большинства пользователей системой Maple 10 подробное их описание едва ли целесообразно Обзор таких функций и решаемых дифференциальных уравнений можно найти в подразделе Differential Equations раздела What's New справки.

В части средств численного решения дифференциальных уравнении повышена надежность решения жестких систем дифференциальных уравнении и дифференциальных уравнений в частных производных. На рис. 7.40 показан пример решения такого уравнения с выводом результатов в виде анимационного двумерного графика и трехмерного графика, представляющего множество решений в разные моменты времени.

Рис. 7.40. Пример численного решения дифференциального уравнения в частных производных

Эта глава книги посвящена уникальным возможностям системы Maple 9.5/10 в визуализации самых разнообразных вычислений. Рассмотрены возможности и опции двумерной и трехмерной графики, в том числе использующей функциональную окраску. Особое внимание уделено визуализации математических и физических понятий и реализации различных возможностей машинной графики.

Средства для построения графиков в большинстве языков программирования принято считать графическими процедурами или операторами. Однако в СКМ Maple 9.5/10 мы сохраним за ними наименование функций , в силу двух принципиально важных свойств:

• графические средства Maple возвращают некоторые графические объекты, которые размешаются в окне документа — в строке вывода или в отдельном графическом объекте;

• эти объекты можно использовать в качестве значений переменных, то есть переменным можно присваивать значения графических объектов и выполнять над ними соответствующие операции (например, с помощью функции snow выводить на экран несколько графиков).

Графические функции заданы таким образом, что обеспечивают построение типовых графиков без какой-либо особой подготовки. Для этого нужно лишь указать функцию, график которой строится, и пределы изменения независимых переменных. Однако с помощью дополнительных необязательных параметров (опций) можно существенно изменить вид графиков — например, настроить стиль и цвет линий, вывести титульную надпись, изменить вид координатных осей и т.д.