Mathematica到底有多厲害

時間 2021-08-30 10:47:40

1樓:笨熊戀蘭

mathematica是一款科學計算軟體,很好地結合了數值和符號計算引擎、圖形系統、程式語言、文字系統、和與其他應用程式的高階連線。很多功能在相應領域內處於世界領先地位,它也是使用最廣泛的數學軟體之一。mathematica的發布標誌著現代科技計算的開始。

mathematica是世界上通用計算系統中最強大的系統。自從1988發布以來,它已經對如何在科技和其它領域運用計算機產生了深刻的影響。

mathematica和matlab、maple並稱為三大數學軟體

基本運算

a+mathematica數學實驗(第2版)

b+c 加

a-b 減

a b c 或 a*b*c 乘

a/b 除

-a 負號

a^b 次方

mathematica 數字的形式

256 整數

2.56 實數

11/35 分數

2+6i 複數

常用的數學常數

pi 圓周率,π=3.141592654…

e 尤拉常數,e=2.71828182…

degree 角度轉換弧度的常數,pi/180

i 虛數單位,其值為 √-1

infinity 無限大

指定之前計算結果的方法

% 前乙個運算結果

%% 前二個運算結果

%%…%(n個%) 前n個運算結果

%n 或 out[n] 前n個運算結果

複數的運算指令

a+bi 複數

conjugate[a+bi] 共軛複數

re[z], im[z] 複數z的實數/虛數部分

abs[z] 複數z的大小或模數(modulus)

arg[z] 複數z的幅角(argument)

mathematica 輸出的控制指令

expr1; expr2; expr3 做數個運算,但只印出最後乙個運算的結果

expr1; expr2; expr3; 做數個運算,但都不印出結果

expr; 做運算,但不印出結果

常用數學函式

sin[x],cos[x],tan[x],cot[x],sec[x],csc[x] 三角函式,其引數的單位為弧度

sinh[x],cosh[x],tanh[x],… 雙曲函式

arcsin[x],arccos[x],arctan[x] 反三角函式

arccot[x],arcsec[x],arccsc[x]

arcsinh[x],arccosh[x],arctanh[x],… 反雙曲函式

sqrt[x] 根號

exp[x] 指數

log[x] 自然對數

log[a,x] 以a為底的對數

abs[x] 絕對值

round[x] 最接近x的整數

floor[x] 小於或等於x的最大整數

ceiling[x] 大於或等於x的最小整數

mod[a,b] a/b所得的餘數

n! 階乘

random 0至1之間的隨機數(最新版本已經不用這個函式,改為使用randomreal)

max[a,b,c,...],min[a,b,c,…] a,b,c,…的極大/極小值

數值設定

x=a 將變數x的值設為a

x=y=b 將變數x和y的值均設為b

x=. 或 clear[x] 除去變數x所存的值

變數使用的一些法則

xy 中間沒有空格,視為變數xy

x y x乘上y

3x 3乘上x

x3 變數x3

x^2y 為 x^2 y次方運運算元比乘法的運運算元有較高的處理順序

四個處理指令

expand[expr] 將 expr

factor[expr] 將 expr因式分解

simplify[expr] 將 expr化簡成精簡的式子

fullsimplify[expr] mathematica 會嘗試更多的化簡公式,將 expr化成更精簡的式子

多項式轉換

expandall[expr] 把算式全部

together[expr] 將 expr各項通分在並成一項

apart[expr] 把分式拆開成數項分式的和

apart[expr,var] 視var以外的變數為常數,將 expr拆成數項的和

cancel[expr] 把分子和分母共同的因子消去

分母分子運算

denominator[expr] 取出expr的分母

numerator[expr] 取出expr的分子

expanddenominator[expr] expr的分母

expandnumerator[expr] expr的分子

轉換函式

collect[expr,x] 將 expr表示成x的多項式,

如collect[expr,] 將 expr分別表示成 x,y,…的多項式

factorterms[expr] 將 expr的數值因子提出,

如 4x+2=2(2x+1)

factorterms[expr,x] 將 expr中把所有不包含x項的因子提出

factorterms[expr,] 將 expr中把所有不包含項的因子提出

函式指數運算

trigexpand[expr] 將三角函式

trigfactor[expr] 將三角函式所組成的數學式因式分解

trigreduce[expr] 將相乘或次方的三角函式化成一次方的基本三角函式之組合

exptotrig[expr] 將指數函式化成三角函式或雙曲函式

trigtoexp[expr] 將三角函式或雙曲函式化成指數函式

次方乘積

complexexpand[expr] 假設所有的變數都是實數來對 expr

complexexpand[expr,] 假設x,y,..等變數均為複數來對 expr

powerexpand[expr] 將

係數最高次方

coefficient[expr,form] 於 expr中form的係數

exponent[expr,form] 於 expr中form的最高次方

part[expr,n] 或 expr[[n]] 在 expr項中第n個項

代換運運算元

expr/.x->value 將 expr裡所有的x均代換成value

expr/. 執行數個不同變數的代換

expr/.,,…} 將 expr代入不同的x值

expr//. 重複代換到 expr不再改變為止

求解方程式

solve[lhs==rhs,x] 解方程式lhs==rhs,求x

nsolve[lhs==rhs,x] 解方程式lhs==rhs的數值解

solve[,] 解聯立方程序,求x,y,…

nsolve[,] 解聯立方程序的數值解

findroot[lhs==rhs,] 由初始點x0求lhs==rhs的根

四種括號

(term) 圓括號,括號內的term先計算

f[x] 方括號,內放函式的引數

大括號或串列括號,內放串列的元素

p[[i ]] 或 part[p,i] 雙方括號,p的第i項元素

p[[i,j]] 或 part[p,i,j] p的第i項第j個元素

縮短輸出指令

expr//short 顯示一行的計算結果

short[expr,n] 顯示n行的計算結果

command; 執行command,但不列出結果

查詢物件

?command 查詢command的語法及說明

??command 查詢command的語法和屬性及選擇項

?aaaa* 查詢所有開頭為aaaa的物件

定義查詢清除

f[x_]= expr 立即定義函式f[x]

f[x_]:= expr 延遲定義函式f[x]

f[x_,y_,…] 函式f有兩個以上的引數

?f 查詢函式f的定義

clear[f] 或 f=. 清除f的定義

remove[f] 將f自系統中清除掉

含有預設值的pattern

a_+b_. b的預設值為0,即若b從缺,則b以0代替

x_ y_ y的預設值為1

x_^y_ y的預設值為1

條件式的自訂函式

lhs:=rhs/;condition 當condition成立時,lhs才會定義成rhs

if指令

if[test,then,else] 若test為真,則回應then,否則回應else

if[test,then,else,unknow] 同上,若test無法判定真或假時,則回應unknow

極限limit[expr,x->c] 當x趨近c時,求expr的極限

limit[expr,x->c,direction->1]

limit[expr,x->c,direction->-1]

微分d[f,x] 函式f對x作微分

d[f,x1,x2,…] 函式f對x1,x2,…作微分

d[f,] 函式f對x微分n次

d[f,x,nonconstants->] 函式f對x作微分,將y,z,…視為x的函式

全微分dt[f] 全微分df

dt[f,x] 全微分

dt[f,x1,x2,…] 全微分

dt[f,x,constants->] 全微分,視c1,c2,…為常數

不定積分

integrate[f,x] 不定積分 ∫f dx

定積分integrate[f,] 定積分

integrate[f,,] 定積分

列之和與積

sum[f,] 求和

sum[f,] 求數列和,引數i以di遞增

sum[f,,]

product[f,] 求積

product[f,] 求數列之積,引數i以di遞增

product[f,,]

泰勒式series[expr,] 對 expr於x0點作泰勒級數至(x-x0)n項

series[expr,,] 對x0和y0

關係運運算元

a==b 等於

a>b 大於

a>=b 大於等於

aa<=b 小於等於

a!=b 不等於

邏輯運算子

!p not

p||q||… or

p&&q&&… and

xor[p,q,…] exclusive or

logicalexpand[expr] 將邏輯表示式

二維繪圖指令

plot[f,]

畫出f在xmin到xmax之間的圖形

plot[,]

同時畫出數個函式圖形

plot[f,,option->value]

指定特殊的繪圖選項,畫出函式f的圖形

plot幾種指令

選項 預設值 說明

aspectratio 1/goldenratio 圖形高和寬之比例,高/寬

axes true 是否把座標軸畫出

axeslabel automatic 為座標軸貼上標記,若設定為

axeslabel->,則為y軸之標記。若設定為axeslabel->

,則為的標記

axesorigin automatic 座標軸的相交的點

defaultfont $defaultfont 圖形裡文字的預設字型

frame false 是否將圖形加上外框

framelabel false 從x軸下方依順時針方向加上圖形外框的標記

frameticks automatic (如果frame設為true)為外框加上刻度;

none則不加刻度

gridlines none 設automatic則於主要刻度上加上網格線

plotlabel none 整張圖之圖名

plotrange automatic 指定y方向畫圖的範圍

ticks automatic 座標軸之刻度,設none則沒有刻度記號出現

※「automatic、none、true、false」為mathmatica常用的選項設定,其代表意義分別為「使用內部設定、不包含此項、作此專案、不作此專案」。

串列繪圖

listplot 畫出,,…的點

listplot[,,…}] 畫出,,…的點

listplot[,,…},plotjoined->true] 把畫出來的點用線段連線

繪圖顏色指定

plot[,,

plotstyle->]

彩色繪圖

plot[,,

plotstyle->]

灰階繪圖

圖形處理指令

show[plot] 重畫乙個圖

show[plot1,plot2,…] 將數張圖並成一張

show[plot,option->opt] 加入選項

圖形之排列

show[graphicsarray] 將圖形橫向排列

show[graphicsarray] 將圖形垂直排列

show[graphicsarray[,…}]] 將圖形成二維矩陣式排列

二維引數圖

parametricplot[,]

引數繪圖

parametricplot[,,…},]

同時繪數個引數圖

parametricplot[,,aspectratio->automatic]

保持曲線的真正形狀,即x,y座標比為1:1

等高線圖

contourplot[f,,]

於指定範圍之內畫出f的等高線圖

contourplot選項

選項 預設值 說明

colorfunction automatic 上色的預設值為灰階,選hue則為系列色彩

contours 10 等高線的數目。設contours->則指定等高值為z1,z2,…

contourshading true contour的上色,選false則不上色

plotrange automatic 高度z值的範圍,也可指定

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