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Mathematica使用教程

【Mathematica 简介】Mathematica 软件是由沃尔夫勒姆研究公司(Wolfram Research Inc.)研发的。

Mathematica 版发布于1988年6月23日。

发布之后,在科学、技术、媒体等领域引起了一片轰动,被认为是一个革命性的进步。

几个月后,Mathematica 就在世界各地拥有了成千上万的用户。

今天,Mathematica 已经在世界各地拥有了数以百万计的忠实用户。

Mathematica 已经被工业和教育领域被广泛地采用。

实际上,Mathematica 负责将高级的数学和计算引入了传统上非技术的领域,极大的增加了科技软件的市场。

一个包含应用、咨询、书籍、和课程软件的行业支持着国际化的 Mathematica 用户群,这个行业还在不断地膨胀。

随着沃尔夫勒姆研究公司不断地扩大和 Mathematica 的使用被不断地扩展到不同的领域,将会看到 Mathematica 在全世界范围内对未来产品、重要研究发现、和教学的巨大影响。

数学软件是现在科研工作者的必备的工具,个人比较喜欢用Mathematica,因为它是最接近数学语言的。

Mathematica 在15日发布,其最显著的变化是允许自由形式的英文输入,而不再需要严格按照Mathematica语法,这类似于Wolfram|Alpha搜索引擎。

Mathematica 8允许用户按照自己习惯的思考过程输入方程式或问题,最令人激动的部分是软件不是逐行执行命令,而是能理解上下文背景。

1. Enter your queries in plain English using new free-form linguistic input2. Access more than 10 trillion sets of curated, up-to-date, and ready-to-use data3. Import all your data using a wider array of import/export formats4. Use the broadest statistics and data visualization capabilities on the market5. Choose from a full suite of engineering tools, such as wavelets and control systems6. Use more powerful image processing and analysis capabilities7. Create interactive tools for rapid exploration of your ideas8. Develop faster and more powerful applicationsWolfram Research 的 CEO 和创立者斯蒂芬·沃尔夫勒姆表示:“传统上,让计算机执行任务必须使用计算机语言或者使用点击式界面:前者要求用户掌握它的语法;而后者则限制了可访问函数的范围。

”“自由格式语言学能够理解人类的语言,并将其转化为具有特定语法结构的语言。

这是产品适用性上的一个突破。

Mathematica 8 是这种创新思想下的第一个产品,但是它已经能够大幅度提高用户的工作效率。

”Mathematica简明教程第1章Mathematica概述运行和启动:介绍如何启动Mathematica软件,如何输入并运行命令表达式的输入:介绍如何使用表达式帮助的使用:如何在mathematica中寻求帮助第2章Mathematica的基本量数据类型和常量:mathematica中的数据类型和基本常量变量:变量的定义,变量的替换,变量的清除等函数:函数的概念,系统函数,自定义函数的方法表:表的创建,表元素的操作,表的应用表达式:表达式的操作常用符号:经常使用的一些符号的意义第3章Mathematica的基本运算多项式运算:多项的四则运算,多项式的化简等方程求解:求解一般方程,条件方程,方程数值解以及方程组的求解求积求和:求积与求和第4章函数作图二维函数作图:一般函数的作图,参数方程的绘图二维图形元素:点,线等图形元素的使用图形样式:图形的样式,对图形进行设置图形的重绘和组合:重新显示所绘图形,将多个图形组合在一起三维图形的绘制:三维图形的绘制,三维参数方程的图形,三维图形的设置第5章微积分的基本操作函数的极限:如何求函数的极限导数与微分:如何求函数的导数,微分定积分与不定积分:如何求函数的不定积分和定积分,以及数值积分多变量函数的微分:如何求多元函数的偏导数,微分多变量函数的积分:如何计算重积分无穷级数:无穷级数的计算,敛散性的判断第6章微分方程的求解微分方程的解:微分方程的求解微分方程的数值解:如何求微分方程的数值解第7章 Mathematica程序设计模块:模块的概念和定义方法条件结构:条件结构的使用和定义方法循环结构:循环结构的使用流程控制第8章 Mathematica中的常用函数运算符和一些特殊符号:常用的和不常用一些运算符号系统常数:系统定义的一些常量及其意义代数运算:表达式相关的一些运算函数解方程:和方程求解有关的一些操作微积分相关函数:关于求导,积分,泰勒展开等相关的函数多项式函数:多项式的相关函数随机函数:能产生随机数的函数函数数值函数:和数值处理相关的函数,包括一些常用的数值算法表相关函数:创建表,表元素的操作,表的操作函数绘图函数:二维绘图,三维绘图,绘图设置,密度图,图元,着色,图形显示等函数流程控制函数第1章Mathematica 概述Mathematica 的启动和运行Mathematica 是美国Wolfram 研究公司生产的一种数学分析型的软件,以符号计算见长,也具有高精度的数值计算功能和强大的图形功能。

假设在Windows 环境下已安装好,启动Windows 后,在“开始”菜单的“程序”中单击图1 输入1+1,然后按下Shif+Enter 键,这时系统开始计算并输出计算结果,并给输入和输出附上次序标识In[1]和Out[1],注意In[1]是计算后才出现的;再输入第二个表达式,要求系统将一个二项式x 5 + y 5展开,按Shift+Enter 输出计算结果后,系统分别将其标识为In[2]和Out[2],如图2。

图2在Mathematica 的Notebook 界面下,可以用这种交互方式完成各种运算,如函数作图,求极限、解方程等,也可以用它编写像C 那样的结构化程序。

在Mathematica 系统中定义了许多功能强大的函数,我们称之为内建函数(built-in function), 直接调用这些函数可以取到事半功倍的效果。

这些函数分为两类,一类是数学意义上的函数,如:绝对值函数Abs[x],正弦函数Sin[x],余弦函数Cos[x],以e 为底的对数函数Log[x],以a 为底的对数函数Log[a,x]等;第二类是命令意义上的函数,如作函数图形的函数Plot[f[x],{x,xmin,xmax}],解方程函数Solve[eqn,x],求导函数D[f[x],x]等。

,就启动了,在屏幕上显示如图1的Notebook 窗口,系统暂时取名Untitled-1,直到用户保存时重新命名为止。

必须注意的是:Mathematica 严格区分大小写,一般地,内建函数的首写字母必须大写,有时一个函数名是由几个单词构成,则每个单词的首写字母也必须大写,如:求局部极小值函数FindMinimum[f[x],{x,x0}等。

第二点要注意的是,在Mathematica中,函数名和自变量之间的分隔符是用方括号“[ ]”,而不是一般数学书上用的圆括号“( )”,初学者很容易犯这类错误。

如果输入了不合语法规则的表达式,系统会显示出错信息,并且不给出计算结果,例如:要画正弦函数在区间[-10,10]上的图形,输入plot[Sin[x],{x,-10,10}],则系统提示“可能有拼写错误,新符号‘plot’ 很像已经存在的符号‘Plot’”,实际上,系统作图命令“Plot”第一个字母必须大写,一般地,系统内建函数首写字母都要大写。

再输入Plot[Sin[x],{x,-10,10} ,系统又提示缺少右方括号,并且将不配对的括号用紫色显示,如图3。

图3一个表达式只有准确无误,方能得出正确结果。

学会看系统出错信息能帮助我们较快找出错误,提高工作效率。

完成各种计算后,点击“文件”“退出” 退出,如果文件未存盘,系统提示用户存盘,文件名以“.nb”作为后缀,称为Notebook文件。

以后想使用本次保存的结果时可以通过“文件”“打开”菜单读入,也可以直接双击它,系统自动调用Mathematica将它打开。

表达式的输入Mathematica 提供了多种输入数学表达式的方法。

除了用键盘输入外,还可以使用工具样或者快捷方式健入运算符、矩阵或数学表达式。

1. 数学表达式二维格式的输入Mathematic担提供了两种格式的数学表达式。

形如x/(2+3x)+y*(x-w)的称为一维格式,形如的称为二维格式。

你可以使用快捷方式输入二维格式,也可用基本输入工具栏输入二维格式。

下面列出了用快捷方式输入二维格式的方法:数学运算 数学表达式 按键分式 x n x Ctrl+^ n n 次方 开 2次方 x 2 x Ctrl+_ 2下标 例如输入数学表达式 (,x,+,1,),Ctrl+ ^,+,4,→,Ctrl+/,Ctrl+2,2,x,+,y另外也可从“文件”菜单中激活“控制面板”“Basic Input”工具栏,也可输入,并且使用工具栏可输入更复杂的数学表达式,如下图4。

图4 图52.特殊字符的输入MathemMatica 还提供了用以输入各种特殊符号的工具栏。

基本输入工具栏包含了常用的特殊字符(上图),只要单击这些字符按钮即可输入。

若要输入其它的特殊字符或运算符号,必须使用从“文件”菜单中激活“控制面板”“Complete Characters”工具栏,如上图5,单击符号后即可输入。

x Ctrl+/ 2Ctrl +2 x,可以按如下顺序输入按键:Mathematica的联机帮助系统用Mathematica的过程中,常常需要了解一个命令的详细用法,或者想知系统中是否有完成某一计算的命令,联机帮助系统永远是最详细、最方便的资料库。

1.获取函数和命令的帮助在Notebook界面下,用?或 ?? 可向系统查询运算符、函数和命令的定义和用法,获取简单而直接的帮助信息。

例如,向系统查询作图函数Plot命令的用法?Plot 系统将给出调用 Plot 的格式以及 Plot 命令的功能(如果用两个问号“??”,则信息会更详细一些)。

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