ΣυστήματαΣυμβολικής...

52
Συστήματα Συστήματα Συμβολικής Συμβολικής Άλγεβρας Άλγεβρας . . ( ( Computer Algebra System) Computer Algebra System) Μέρος 1 ο Νίκος Ματζάκος [email protected]

Transcript of ΣυστήματαΣυμβολικής...

Page 1: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

ΣυστήματαΣυστήματα ΣυμβολικήςΣυμβολικήςΆλγεβραςΆλγεβρας. . ((Computer Algebra System)Computer Algebra System)

Μέρος 1οΝίκος Ματζάκος[email protected]

Page 2: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

2

ΤιΤι είναιείναι έναένα C.A.SystemC.A.System

Είναι ένα πρόγραμμα (software) με τοοποίο μπορούμε να κάνουμε συμβολικούς(και όχι μόνο) υπολογισμούς.Παραγοντοποιήσεις, Απλοποιήσεις, Υπολογισμό παραγώγων, ορίων, ολοκληρωμάτων, Επίλυση εξισώσεων, ανισώσεων κ.α.Γραφικές Παραστάσεις στο επίπεδο και στονχώρο.

Page 3: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

3

Computer Algebra SystemComputer Algebra Systemss

Το 1969 στο εργαστήριο υπολογιστών τουMIT δημιουργήθηκε το πρώτο C.A.S. σύστημα, γνωστό ως Macsyma και τοοποίο αναπτύχθηκε σε γλώσσαπρογραμματισμού Lisp.

Page 4: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

4

C.A.SystemC.A.System ΑνοικτούΑνοικτού ΚώδικαΚώδικα

Axiom (http://wiki.axiom-developer.org/FrontPage/)Maxima (http://maxima.sourceforge.net/)Octave (http://www.gnu.org/software/octave/)Yacas (http://yacas.sourceforge.net/yacas.html)Eigenmath GiNaC JScience

Page 5: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

5

C.A.SystemC.A.System CorporateCorporate

Derive (http://www.derive-europe.com)

Mathematica (http://www.wolfram.com/)

Mathcad(http://www.ptc.com/appserver/mkt/products/home.jsp?k=3901)Maple (http://www.maplesoft.com/)

Page 6: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

6

ΙστορίαΙστορία (Maple)(Maple)

Πανεπιστήμιο του Καναδά Waterloo, ερευνητικό κέντρο ETH Zürich , ηανάπτυξη του έχει γίνει σε γλώσσαπρογραμματισμού C Από 1995 συνεχίζεται η ανάπτυξη και ηπροώθηση του σε συνεργασία με τηνεταιρία Waterloo Maple Software www.mapleapps.com.

Page 7: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

7

ΤιΤι είναιείναι τοτο MapleMaple::

Μαθηματικό Πακέτο(για συμβολικούς και αριθμητικούς

υπολογισμούς)και

Προηγμένη Γλώσσα Προγραμματισμού

Page 8: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

8

ΠεριβάλλονΠεριβάλλον ΕργασίαςΕργασίας

Restart

Γραμμή κατάστασης

Γραμμή εντολών

Γραμμήαποτελέσματος

Page 9: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

9

ΦύλλοΦύλλο ΕργασίαςΕργασίας

Η κατάσταση εισαγωγής εντολών [>Η κατάσταση εισαγωγής κειμένου [Η κατάσταση εισαγωγής μαθηματικών εκφράσεωνστην «κλασική» μαθηματική τους μορφή μέσα σεκείμενο.

Page 10: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

10

ΒασικοίΒασικοί ΚανόνεςΚανόνες

Σε κάθε εντολή πρέπει να δηλώνεται τοτέλος της χρησιμοποιώντας το ελληνικόερωτηματικό “ ; ”.Ο υπολογισμός γίνεται απλά πατώντας το[ENTER]. Γίνετε διαχωρισμός κεφαλαίων και πεζώνγραμμάτων.

Page 11: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

11

Οι εντολές και οι δεσμευμένες λέξεις γράφονταιπάντα με μικρά γράμματα.

Αυτός ο κανόνας ωστόσο έχει αρκετές εξαιρέσειςοι σταθερές π και i είναι: Pi και I Eπίσης οι εντολές του πακέτου LinearAlgebra ξεκινάνε όλες με κεφαλαίο γράμμαΔεν επιτρέπετε να ορίσουμε μεταβλητή με το όνομαείδη δεσμευμένης λέξης (plot, if, for,…)

Οι παράμετροι των εντολών τοποθετούνται σεπαρενθέσεις και στην περίπτωση που είναιπερισσότερες από μία χωρίζονται με κόμμα.

εντολήεντολή ( ( παράμετροςπαράμετρος1, 1, παράμετροςπαράμετρος2...);2...);

….Βασικοί Κανόνες

Page 12: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

12

[> plot(sin(x), x=-2*Pi..2*Pi, title="Ημίτονο");

ENTERENTER

Page 13: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

13

ΠροσεγγιστικέςΠροσεγγιστικές καικαι ΑκριβήςΑκριβής ΤιμέςΤιμές

το Maple χειρίζεται δύο ειδών αριθμητικές τιμές

Ακριβείς αριθμητικές τιμές:Ακέραιοι.Κλάσματα ακεραίων.Συμβολικές σταθερές π,e,φ...sqrt(x), cos(x), sin(x), exp(x) κ.α. όπου x ακριβή τιμή.

Αυτές τις ποσότητες το Maple τις χειρίζεται ωςμαθηματικά αντικείμενα και εκτελεί πράξεις

επιστρέφοντας ακριβή αποτελέσματα.

Page 14: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

14

Προσεγγιστικές αριθμητικές τιμές

Είναι ποσότητες με δεκαδικό μέρος καθορισμένηςακρίβειας.

Αυτές οι ποσότητες δηλώνονται με μια τελεία . Π.χ. 3. είναι ο 3.0 με καθορισμένη ακρίβεια

ήέχουν προκύψει ως αποτέλεσμα πράξεων άλλωνπροσεγγιστικών τιμών.

Page 15: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

15

Page 16: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

16

Page 17: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

17

ΜεταβλητέςΜεταβλητέςΜιαΜια μεταβλητήμεταβλητή στοστο Maple Maple μπορείμπορεί νανα έχειέχειγιαγια όνομαόνομα οποιοδήποτεοποιοδήποτε αλφαριθμητικήαλφαριθμητική σειράσειράχαρακτήρωνχαρακτήρων γιαγια παράδειγμαπαράδειγμα a, total, exp1, sum1,a, total, exp1, sum1,sum2 sum2 κκ..αα. . ΔενΔεν είναιείναι αποδεκτάαποδεκτά ονόματαονόματα πουπου αρχίζουναρχίζουν μεμε αριθμόαριθμόππ..χχ. 2nd, 3total, . 2nd, 3total, επίσηςεπίσης εκείναεκείνα πουπου περιέχουνπεριέχουν ειδικούςειδικούςχαρακτήρεςχαρακτήρες ππ..χχ. a&b, . a&b, ονόματαονόματα πουπου είναιείναι δεσμευμέναδεσμευμένααπόαπό τοτο Maple Maple σανσαν εντολέςεντολές ππ..χχ. plot, solve.. plot, solve.

ΑΠΟΔΟΣΗΑΠΟΔΟΣΗ ΤΙΜΗΣΤΙΜΗΣΌνομα μεταβλητής := τιμή ή έκφραση;

Page 18: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

18

ΟρισμόςΟρισμός ΣυνάρτησηςΣυνάρτησης

Όνομα συνάρτησης:=ανεξάρτητημεταβλητή->τύπος;

[> f := x -> x^3;[> f(2006);

8072216216

:= f → x x3

Page 19: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

19

ΠαράγωγοςΠαράγωγος

diff(συνάρτηση, x$n);

[>diff(cos(x),x);-sin(x)

[>diff(cos(x),x$2);-cos(x)

[>Diff(cos(x),x)=diff(cos(x),x);

= ddx ( )cos x − ( )sin x

Page 20: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

20

ΟλοκλήρωμαΟλοκλήρωμα

int(συνάρτηση, x=a...b);

[>int(cos(x),x);sin(x)

[>Int(cos(x),x=1..2)=int(cos(x),x=Pi..2*Pi);

= d⌠⌡⎮⎮1

2

( )cos x x 0

Page 21: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

21

ΓραφικήΓραφική ΠαράστασηΠαράσταση 2d2d

plot(expr,h,v,opt);[> plot(x^2 * sin(x)^2, x = -5*Pi .. 5*Pi,title="Η συνάρτηση x^2*sin(x)");

Page 22: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

22

ΟρισμόςΟρισμός ΣυνάρτησηςΣυνάρτησης 2 2 μεταβλητώνμεταβλητώνΌνομα συνάρτησης:=

(μεταβλητή1, μεταβλητή2,...)->τύπος

> f:=(x,y)->sin(x)*cos(y);

:= f → ( ),x y ( )sin x ( )cos y

Page 23: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

23

ΓραφικήΓραφική ΠαράστασηΠαράσταση 33dd

> plot3d(f(x,y),x=-1..4,y=-3..3, axes=norma> f:=(x,y)->x^3-3*x^2+y^2;

Page 24: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

24

ΟρισμόςΟρισμός ΕνόςΕνός ΠίνακαΠίνακα((κατάκατά γραμμέςγραμμές))

<<α11|α12|...|α1n>,<a21|a22|…|a2n>,…,<αm1|αm2|...|αmn>>

Παράδειγμα:[> A := <<a|b|c>,<d|e|f>,<g|h|i>>;

:= A

⎢⎢⎢⎢⎢

⎥⎥⎥⎥⎥

a b c

d e f

g h i

Page 25: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

25

ΒασικέςΒασικές ΠράξειςΠράξεις ΜητρώνΜητρών

Υπολογίζει το εξωτερικόγινόμενο δυο διανυσμάτωνv &x w

Υπολογίζει δυνάμειςΜητρών.A^n

Πολλαπλασιάζει αριθμόμη Μήτρα ή Διάνυσμα.

x*AA*x

Πολλαπλασιάζει Μήτρες ήΔιανύσματα.A.B

Προσθέτει δυο Μήτρες ήδύο ΔιανύσματαA+B

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗΠΡΑΞΗ

Page 26: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

26

Page 27: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

27

ΤοΤο ΠακέτοΠακέτο ΕντολώνΕντολώνLLinearalgebrainearalgebra..

Περιέχει εντολές που μας δίνουν τηνδυνατότητα να κάνουμε εύκολα

πολύπλοκες διαδικασίες με Μήτρες καιΔιανύσματα.

Για να ενεργοποιήσουμε «φορτώσουμε» τιςεντολές του πακέτου πληκτρολογούμε:

[> with(LinearAlgebra);

Page 28: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

28

ΤοΤο ΠακέτοΠακέτο ΕντολώνΕντολώνLLinearalgebrainearalgebra..

Page 29: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

29

Page 30: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

30

ΑΣΚΗΣΗ 1η: Να βρεθεί ο βαθμός της μήτρα .1 3 22 4 49 7 18

A⎛ ⎞⎜ ⎟= ⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

ΛΥΣΗ:

Εντολές:

Rank(Rank(ΜήτραΜήτρα);); Βρίσκει τον βαθμό μιας μήτρας

ColumnSpace(ColumnSpace(ΜήτραΜήτρα););Βρίσκει μια βάση για τον χώρο των στηλών.

RowSpace(RowSpace(ΜήτραΜήτρα););Βρίσκει μια βάση για τον χώρο των γραμμών.

Page 31: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

31

Page 32: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

32

ΑΣΚΗΣΗ 2η: Να βρεθεί η αντίστροφη Μήτρα της Α.

ΛΥΣΗ:ΕντολέςΕντολές::

IdentityMatrix( διάστασηδιάσταση );ΔημιουργείΔημιουργεί μιαμια ταυτοτικήταυτοτική μήτραμήτρα

ReducedRowEchelonForm(ΜήτραΜήτρα);ΥπολογίζειΥπολογίζει τηντην μορφήμορφή GaussGauss--Jordan Jordan μιαςμιας ΜήτραςΜήτρας

MatrixInverse( MatrixInverse( ΜήτραΜήτρα););ΒρίσκειΒρίσκει τηντην αντίστροφηαντίστροφη μήτραμήτρα..

1 1 12 1 23 2 4

A⎛ ⎞⎜ ⎟= ⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Page 33: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

33

Page 34: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

34

Page 35: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

35

ΑΣΚΗΣΗ 3η: Δίνεται ο πίνακας .Να βρεθεί ο συμπληρωματικός του Α.Να βρεθεί ο αντίστροφος του Α

ΛΥΣΗ:ΕντολέςΕντολές::

Minor( Minor( ΜήτραΜήτρα, n,m, n,m);Υπολογίζει την ελάσσονα ορίζουσα ως προς την n γραμμή και m στήλη.AdjoitAdjoit( ( ΜήτραΜήτρα););Βρίσκει την συμπληρωματική μήτρα μιας μήτρας.

1 2 30 1 21 0 3

A⎛ ⎞⎜ ⎟= ⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

1 1A adjAA

− =

Page 36: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

36

1 1A adjAA

− =

11 21 31

12 22 32

13 23 33

A A AadjA A A A

A A A

⎡ ⎤⎢ ⎥= ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦

Page 37: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

37

1 2 3

1 2

1 2 3

2 54 10 22 7 2 9

x x xx xx x x

⎫⎪⎪⎪⎪⎪⎬⎪⎪⎪⎪⎪⎭

+ + =+ = −

− + + =

ΑΣΚΗΣΗ 4η: Να λυθεί το σύστημα

ΛΥΣΗ: 1η Μέθοδος – με χρήση αντίστροφου πίνακα2η μέθοδος- με χρήση κλιμακωτής μορφής4η με την χρήση της «έτοιμης» εντολής

Solve( Solve( {{εξίσωσηεξίσωση1, 1, εξίσωσηεξίσωση2,...},{2,...},{x,y,zx,y,z,,……}}));;ΒρίσκειΒρίσκει τηντην λύσηλύση ενόςενός συστήματοςσυστήματος εξισώσεωνεξισώσεων..

Page 38: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

38

Αν

A X B⋅ = ⇔ ( )1 1A A X A B− −⋅ ⋅ = ⋅

0A ≠

1X A B−⇔ = ⋅

τότε 1 A−∃

Page 39: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

39

1 2 3

1 2

1 2 3

2 54 10 22 7 2 9

x x xx xx x x

⎫⎪⎪⎪⎪⎪⎬⎪⎪⎪⎪⎪⎭

+ + =+ =−

− + + =

1X A B−= ⋅

Page 40: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

40

1 2 3

1 2

1 2 3

2 54 1 0 22 7 2 9

x x xx xx x x

⎫⎪⎪⎪⎪⎪⎬⎪⎪⎪⎪⎪⎭

+ + =+ = −

− + + =

Page 41: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

41

1 2 3

1 2

1 2 3

2 54 10 22 7 2 9

x x xx xx x x

⎫⎪⎪⎪⎪⎪⎬⎪⎪⎪⎪⎪⎭

+ + =+ =−

− + + =

Page 42: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

42

ΑΣΚΗΣΗ 5η: Να λυθεί το σύστημα για τιςδιάφορες τιμές τις παραμέτρου . 3

1x y zx y k zx k y z k

− + =⎧⎪ + + ⋅ =⎨⎪ + ⋅ + =⎩GaussianElimination( GaussianElimination( ΜήτραΜήτρα);

Υπολογίζει την μορφή Gauss μιας Μήτρας.BackwardSubstituteBackwardSubstitute( ( ΜήτραΜήτρα,free=x,free=x););Βρίσκει την συμπληρωματική μήτρα μιας μήτρας.

Page 43: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

43

31

x y zx y k zx k y z k

− + =⎧⎪ + + ⋅ =⎨⎪ + ⋅ + =⎩

Page 44: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

44

Page 45: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

45

ΑνάγνωσηΑνάγνωση--ΕγγραφήΕγγραφή μιαςμιας ΜήτραςΜήτρας

fopenfopen( ( ““όνομαόνομα αρχείουαρχείου””, , read read ((writewrite),type),type);ΑνοίγειΑνοίγει έναένα αρχείοαρχείο γιαγια ανάγνωσηανάγνωση--εγγραφήεγγραφή

readdatareaddata((““όνομαόνομα αρχείουαρχείου””, , αριθμόςαριθμός στηλώνστηλών ););ΔιαβάζειΔιαβάζει απόαπό έναένα αρχείοαρχείοfclosefclose((““όνομαόνομα αρχείουαρχείου””);ΚλείνειΚλείνει έναένα αρχείοαρχείο

Page 46: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

46

Page 47: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

47

ΔημιουργείΔημιουργεί έναένα διάνυσμαδιάνυσμα μεμε τυχαίουςτυχαίους αριθμούςαριθμούς..RandomVector (αριθμός στοιχείων) ;

ΔημιουργείΔημιουργεί μιαμια μήτραμήτρα μεμε τυχαίουςτυχαίους αριθμούςαριθμούς..RandomMatrix(n,m);ΜοναδιαίοΜοναδιαίο ΔιάνυσμαΔιάνυσμαUnitVector

ΚατασκευάζειΚατασκευάζει τηντην μήτραμήτρα γιαγια δοσμένηδοσμένη περιστροφήπεριστροφή. . GivensRotation( διάνυσμα);ΔημιουργείΔημιουργεί τηντην μήτραμήτρα τουτου VandermondeVandermondeVandermondeMatrix

ΔημιουργείΔημιουργεί τηντην μήτραμήτρα τουτου ToeplitzToeplitzToeplitzMatrixΔημιουργείΔημιουργεί τηντην μήτραμήτρα τουτου SylvesterSylvesterSylvesterMatrix

ΔημιουργείΔημιουργεί τηντην μήτραμήτρα τουτου JordanJordanJordanBlockMatrixΔημιουργείΔημιουργεί τηντην μήτραμήτρα τουτου HouseholderHouseholderHouseholterMatrix

ΔημιουργείΔημιουργεί τηντην μήτραμήτρα τουτου BazoutBazoutBezoutMatrix( p(x), q(x), x);ΔημιουργείΔημιουργεί τηντην μήτραμήτρα τουτου HankelHankelHankelMatrix (L,n);

ΔημιουργείΔημιουργεί τηντην μήτραμήτρα τουτου HilbertHilbertHilbertMatrix( n,m,expr );ΔημιουργείΔημιουργεί μιαμια ταυτοτικήταυτοτική μήτραμήτραIdentityMatrix( διάσταση );

ΔημιουργείΔημιουργεί μιαμια μηδενικήμηδενική μήτραμήτρα..ZeroMatrix(n,m );

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗΕΝΤΟΛΗ

Πίνακας 4 Ειδικές Μήτρες και Διανύσματα.

Page 48: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

48

ΒρίσκειΒρίσκει τοτο ΊχνοςΊχνος μιαςμιας τετραγωνικήςτετραγωνικής ΜήτραςΜήτρας..Trace( Μήτρα);ΒρίσκειΒρίσκει τηντην τάξητάξη μιαςμιας μήτραςμήτραςRank( Μήτρα);

omputeompute the permanent of a square Matrixthe permanent of a square MatrixPermanent (Τετραγωνική Μήτρα);compute a basis for the compute a basis for the nullspacenullspace (kernel) of a Matrix(kernel) of a MatrixNullSpace( Μήτρα);

ΥπολογίζειΥπολογίζει τηντην ελλάσοναελλάσονα ορίζουσαορίζουσα ωςως προςπρος τηντην nnγραμμήγραμμή καικαι mm στήληστήλη..Minor(Μήτρα, n,m);

ΒρίσκειΒρίσκει τοτο ελάχιστοελάχιστο πολυώνυμοπολυώνυμο μιαςμιας μήτραςμήτρας..MinimalPolynomial(Μήτρα, Μεταβλητή);ΒρίσκειΒρίσκει τοντον αντίστροφοαντίστροφο..MatrixInverse( Μήτρα);

compute transposes of Matrices and Vectorcompute transposes of Matrices and VectorHermitianTranspose( Μήτρα ή Διάνυσμα);

ΥπολογίζειΥπολογίζει τιςτις ΙδιοτιμέςΙδιοτιμές καικαι τατα ΙδιοδιανύσματαΙδιοδιανύσματα μιαςμιαςμήτραςμήτρας..Eigenvectors ( Μήτρα);

ΒρισκειΒρισκει τιςτις διοτιμέςδιοτιμές μιαςμιας μήτραςμήτραςEigenvalues( Μήτρα);ΒρίσκειΒρίσκει τηντην ορίζουσαορίζουσα μιαςμιας ΜήτραςΜήτρας..Determint(Μήτρα);

ΒρίσκειΒρίσκει τοτο χαρακτηριστικόχαρακτηριστικό πολυώνυμοπολυώνυμο μιαςμιας ΜήτραςΜήτρας..CharacteristicPolynomial(Μήτρα, Μεταβλητή);ΒρίσκειΒρίσκει τηντην χαρακτηριστικήχαρακτηριστική ΜήτραΜήτρα μιαςμιας ΜήτραςΜήτραςCharacteristicMatrix ( Τετραγωνική Μήτρα,

Μεταβλητή);

ΒρίσκειΒρίσκει τοντον ανάστροφοανάστροφο μιαςμιας μήτραςμήτρας..Adjoit( Μήτρα);

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗΕΝΤΟΛΗ

Πίνακας 5 Βασικές Συναρτήσεις του Πακέτου LinearAlgebra.

Page 49: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

49

ΚατασκευάζειΚατασκευάζει έναένα υποδιάνυσμαυποδιάνυσμαSubVector(Μήτρα,i );

ΚατασκευάζειΚατασκευάζει ένανέναν υπουποππίνακαίνακαSubMatrix(Μήτρα,r,c);

ΠραγματοποιείΠραγματοποιεί μιαμια στοιχειώδηστοιχειώδη πράξηπράξη σεσε γραμμήγραμμήRowOperation(Μήτρα,Κ);

ΥπολογίζειΥπολογίζει τηντην διάστασηδιάσταση τουτου χώρουχώρου τωντων γραμμώνγραμμώνRowDimension(Μήτρα);

ΕπιστρέφειΕπιστρέφει γραμμήγραμμή μίαςμίας ΜήτραςΜήτρας..Row(Μήτρα, n);

ΥπολογίζειΥπολογίζει τηντην διάστασηδιάσταση μιαςμιας ΜήτραςΜήτρας..Dimension(Μήτρα);

ΣβήνειΣβήνει μιαμια γραμμήγραμμήDeleteRow(Μήτρα,L);

ΣβήνειΣβήνει μιαμια στήληστήληDeleteColumn((Μήτρα,L);

perform elementary column operations on a Matrixperform elementary column operations on a MatrixColumnOperation(Μήτρα,Κ);

ΥπολογίζειΥπολογίζει τηντην διάστασηδιάσταση τουτου χώρουχώρου τωντων στηλώνστηλώνColumnDimension(Μήτρα);

ΕπιστρέφειΕπιστρέφει nn στήληστήλη μίαςμίας ΜήτραςΜήτρας..Column(Μήτρα, n);ΠΕΡΙΓΡΑΦΗΠΕΡΙΓΡΑΦΗΕΝΤΟΛΗ

Πίνακας 6 Τελεστές

Page 50: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

50

compute the pcompute the p--norm of a Vectornorm of a VectorVectorNorm

ΥπολογίζειΥπολογίζει τηντην γωνίαγωνία άναμεσαάναμεσα σεσε δύοδύο διανύσματαδιανύσματα vv,,uuτηςτης ίδιαςίδιας διάστασηςδιάστασης..

VectorAngle(v,u);

return a basis for the direct sum of vector return a basis for the direct sum of vector space(sspace(s))SumBasis(Μήτρα);

return a basis for the row space of a Matrixreturn a basis for the row space of a MatrixRowSpace(Μήτρα);

compute a basis for the compute a basis for the nullspacenullspace (kernel) of a Matrix(kernel) of a MatrixNullSpace(Μήτρα);

normalize a Vectornormalize a VectorNormalize(Διάνυσμα);

compute the pcompute the p--norm of a Matrix or Vectornorm of a Matrix or VectorNorm

compute the pcompute the p--norm of a Matrixnorm of a MatrixMatrixNorm

return a basis for the intersection of vector return a basis for the intersection of vector space(sspace(s))IntersectonBasis(Μήτρα);

compute an orthogonal set of Vectorscompute an orthogonal set of VectorsGramSchmidt(V- list or set of Vector(s));

compute the dot product (standard inner product) of compute the dot product (standard inner product) of two Vectorstwo Vectors

DotProduct(v,u);

compute the cross product of two Vectors compute the cross product of two Vectors v,uv,uCrossProduct(v,u);

return a basis for the column space of a Matrixreturn a basis for the column space of a MatrixColumnSpace(Μήτρα);

return a basis for a vector spacereturn a basis for a vector spaceBasis(Μήτρα);ΠΕΡΙΓΡΑΦΗΕΝΤΟΛΗ

Πίνακας 7 Τελεστές Διανυσμάτων.

Page 51: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

51

reduce a square Matrix to reduce a square Matrix to tridiagonaltridiagonal formformTridiagonalForm(Τετραγωνική Μήτρα);

reduce a Matrix to Smith normal formreduce a Matrix to Smith normal formSmithForm(Μήτρα);

reduce a square Matrix to reduce a square Matrix to SchurSchur formformSchurForm(Τετραγωνική Μήτρα);

perform Gaussperform Gauss--Jordan elimination on a MatrixJordan elimination on a MatrixReducedRowEchelonForm(Μήτρα);

compute QR factorization of a Matrixcompute QR factorization of a MatrixQRDecomposition(Μήτρα);

compute the compute the PopovPopov normal form of a Matrixnormal form of a MatrixPopovForm(Μήτρα, Μεταβλητή);

compute the compute the CholeskyCholesky, PLU or PLU1R decomposition of a , PLU or PLU1R decomposition of a MatrixMatrix

LUDecomposition(Μήτρα);

reduce a Matrix to Jordan formreduce a Matrix to Jordan formJordanForm(Μήτρα);

reduce a square Matrix to upper reduce a square Matrix to upper HessenbergHessenberg formformHessenbergForm(Μήτρα);

compute the compute the HermiteHermite normal form of a Matrixnormal form of a MatrixHermiteForm(Μήτρα);

perform Gaussian elimination on a Matrixperform Gaussian elimination on a MatrixGaussianElimination (Μήτρα);

reduce a Matrix to reduce a Matrix to FrobeniusFrobenius form (rational canonical form (rational canonical form)form)

FrobeniusForm(Μήτρα);

reduce a Matrix to reduce a Matrix to bidiagonalbidiagonal formformBidiagonalForm(Μήτρα);

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗΕΝΤΟΛΗ

Πίνακας 8 Ειδικές Μορφές Μητρών του πακέτου LinearAlgebra.

Page 52: ΣυστήματαΣυμβολικής Άλγεβρας · PDF fileΑΣΚΗΣΗ2 η: ... Microsoft PowerPoint - cas-maple.ppt Author: Mgeorgiakodis_541 Created Date: 11/8/2006 1:38:21

52

ΒιβλιογραφίαΒιβλιογραφία

Maple 9, Learning Guide B. W. CharHeck, André, Introduction to Maple, 3rd edition, Springer-Verlag, New York, 2003.F.j. Wright. Computing with Maple, CRC Press, 2001.