Общие сведения
Окно программы
После запуска программы MathCAD открывается окно документа (окно программы) с именем Untitled:1, через которое осуществляется доступ к рабочему документу MathCAD.
Окно MathCAD содержит: строку меню, панели инструментов Standart и Formatting (Стандартная и Форматирование), панель инструментов Math (Математическая – содержит ссылки на все остальные рабочие панели), строку сообщений и окно документа с вертикальной и горизонтальной полосами прокрутки.
Для открытия нового окна документа необходимо:
Ø нажать пункт Создать в меню Файл,
Ø либо нажать клавишу F7,
Ø либо нажать соответствующую кнопку на панели инструментов.
Существующий документ открывается:
Ø c помощью пункта Открыть... из меню Файл,
Ø либо клавиши F5,
Ø либо соответствующей кнопкой на панели инструментов.
Для того, чтобы сохранить документ необходимо:
Ø выбрать пункт Сохранить в меню Файл,
Ø либо нажать клавишу F6,
Ø либо нажать соответствующую кнопку на панели инструментов.
Чтобы сохранить документ под другим именем необходимо выбрать пункт Сохранить как... в меню Файл.
Если выбрать пункт Закрыть меню Файл, то текущий документ будет закрыт.
Многие команды меню можно быстро вызвать, нажав кнопку на панели инструментов. Если активизировать кнопку не нужно, то достаточно убрать с нее указатель, не отпуская кнопку мыши. Если указатель оставлен на кнопке, появляется текст, описывающий действие кнопки.
Прямо под панелью Standart располагается панель Форматирования. Она содержит поле выбора шаблонов и кнопки, используемые для задания характеристик шрифтов в уравнениях и тексте.
Каждая кнопка в панели инструментов Math открывает отдельную рабочую панель (палитру символов). Эти палитры служат для вставки операторов, греческих букв, графиков и т.п.
Любая из этих палитр может быть перемещена в произвольное место окна. Для этого нужно поместить указатель мыши на строку заголовка палитры и, держа кнопку мыши нажатой, переместить палитру в желаемое место.
Пустое окно документа - это лист, на котором пользователь с помощью клавиатуры и мыши может писать математические выражения в виде, принятом научным миром задолго до появления компьютера. Создать математические выражения помогают специальные панели (палитры) кнопок.
Белые (по умолчанию) листы MathCAD — это логически активная зона, чтение информации (интерпретация) в которой осуществляется сверху вниз и слева направо. То есть, чтобы, например, получить значение функции при некотором значении аргумента, оно должно быть определено выше или левее ее самой. Иначе будет выдано сообщение об ошибке: "Variable or function is not defined above" — "Переменная или функция не определена выше".
При желании можно поменять цвет листов ваших документов. Очень многие пользователи предпочитают работать с серой заливкой, так как при этом ход решения становится много более наглядным, поскольку белые области формул и выражений резко выделяются на фоне экрана. Для того чтобы перейти к такому оформлению, выполните команду View/Regions (Вид/Области).
Если вы хотите выбрать цвет заливки произвольно, в меню Format (Формат) выберите пункт Color (Цвет), подпункт Background (заливка). В появившейся палитре определите наиболее приятный для вас оттенок.
Иногда рабочий документ MathCAD не виден полностью в окне документа из-за слишком маленького размера последнего. Чтобы сделать видимыми скрытые части рабочего документа, можно:
– использовать полосы прокрутки,
– увеличить размер окна документа,
– выбрать пункт Zoom из меню View и выбрать число, меньшее 100%.
Одновременно могут быть открытыми до восьми окон документов. Это позволяет работать сразу с несколькими рабочими документами, переходя из одного в другой.
Можно перемещать окна и изменять их размеры точно также как и в других приложениях Windows.
MathCAD Help и Resource Center
Пакет MathCAD имеет справку MathCAD Help по применению всех своих инструментов и возможностей.
Также имеется Resource Center (информационный центр) – обширный справочник по различным областям знаний, выполненный как MathCAD-документ. Имеющуюся в нем информацию (формулы, текст и т.д.) при необходимости можно просто скопировать в свой документ (перетаскиванием).
Для поиска требуемой информации удобно пользоваться поисковой системой Resource Center и необходимо знание написания требуемых терминов на английском языке.
В Resource Center представлены и краткий учебник по MathCAD, и описание его расширенных возможностей по взаимодействию с другими программными продуктами.
Ввод данных
MathCAD отображает формулы в точности в том виде, как их печатают в книгах или пишут на доске – по всей площади экрана. MathCAD подбирает размеры для дробных черт, скобок и других математических символов, чтобы они выглядели на экране так, как их обычно пишут на бумаге.
MathCAD понимает, какую операцию выполнять первой. После ввода знака равенства MathCAD показывает результат. По умолчанию MathCAD обрабатывает выражения по мере их ввода. После ввода оператора MathCAD показывает небольшой прямоугольник, называемый полем ввода.
■ = ■ ■
Оно содержит места для ввода чисел и выражений. Поле ввода, появляющееся в конце уравнения, используется для преобразования единиц измерения.
После щелчка в любом месте рабочего документа появляется небольшой красный крестик. Весь ввод с клавиатуры будет размещаться теперь в рабочем документе, начиная с места расположения крестика.
Для того, чтобы определить переменную, необходимо ввести имя переменной и после него поставить двоеточие ":" (символ, сопровождаемый двоеточием). MathCAD преобразует двоеточие в символ присваивания ":=". Затем надо напечатать значение переменной в пустом поле, после этого нажать Enter. В итоге переменная определена, а курсор переместился под предыдущее равенство.
MathCAD читает рабочий документ сверху вниз и слева направо. Определив переменную ее можно использовать в вычислениях везде ниже и правее равенства, которым она определена.
Для того чтобы записать какую-либо формулу, в которой используются ранее определенные переменные, необходимо поместить указатель мыши на несколько строк ниже, чем строки определения переменных. Напечатайте выражение с учетом следующих символов:
Ø возведение в степень – "^",
Ø умножение – "*",
Ø деление – "/",
Ø сложение – "+",
Ø вычитание – "-" и т.д.
MathCAD пересчитывает результаты сразу после внесения любых изменений в рабочий документ, стоит только нажать Enter или щелкнуть мышью вне уравнения.
Для того, чтобы вычислить выражение для диапазона значений, сначала определите дискретный аргумент. Для этого определите шаг диапазона и последнее число диапазона. После щелчка мышью вне равенства MathCAD вычисляет результат для всех значений входящих в диапазон.
MathCAD обращается с текстом так же легко, как работает с уравнениями, так что вычисления легко сопровождать примечаниями и комментариями.
Для того, чтобы ввести текст, нужно щелкнуть в свободном месте и выполнить пункт Text Region (Создать текстовую область ) из меню Insert, или нажать клавишу с двойной кавычкой (").
Пример
Пусть стоит задача: при х=5, у=6 определить значение арктангенса следующего выра
 |
жения,
- 
Для того чтобы возвести х в степень, нажимаем сочетание [Shift]+[6]. При этом курсор перемещается на место будущего показателя и появляется особый черный маркер-местозаполнитель (Placeholder), обозначающий пустой фрагмент, в который можно ввести необходимые данные (стрелка 1). Также степень можно задать с панели Calculator (Калькулятор).
- Косинус можно ввести как с панели Calculator, так и просто набрав с клавиатуры. Во втором случае нужно помнить, что для функции в MathCAD аргумент необходимо взять в скобки (стрелка 2), иначе она распознана не будет.
- Знак деления проще всего ввести с клавиатуры. Если вы набрали х/у, то вам необходимо поставить вторую скобку аргумента. Для этого нужно выделить все отношение. В MathCAD выделенной является охваченная линиями ввода часть формулы. Нажимая последовательно необходимое число пробелов, вы можете выделить любую часть формулы.
- Далее следует умножить весь уже введенный фрагмент на логарифм. Для этого выделяем его последовательным нажатием пробела и вводим с клавиатуры или с панели Calculator натуральный логарифм (стрелка 3). В этом случае система автоматически умножит функцию на функцию, но при введении, например, произведения х и у нельзя просто написать ху — программа воспримет такое произведение как новую, неопределенную функцию. Нужно обязательно поставить знак умножения.
- Корень произвольной степени можно ввести сочетанием [Ctrl]+[\] или с панели Calculator (Калькулятор). Обычный квадратный корень вводится клавишей [\].
Кстати, определить соответствующие данному оператору "горячие" клавиши очень просто: достаточно подвести указатель мыши к нужному символу на рабочей панели, как тут же в специальной желтой области подсказки появится необходимая информация. Использовать же "горячие" клавиши очень удобно: такая техника ввода куда более быстрая и эффективная, чем использование панелей инструментов.
- Выделяем всю формулу и вводим оператор деления. Знак модуля можно найти на панели Calculator. Завершаем ввод выражения (стрелка 4).
- Чтобы взять все выражение под знак функции (арктангенса в нашем случае), нужно выделить его и развернуть вертикальную линию ввода влево. Это можно сделать клавишей Insert. A вообще, для редакции того или иного фрагмента можно перемещать курсор при помощи клавиш движения клавиатуры либо просто мышью.
- Арктангенса нет на панелях инструментов, поэтому его нужно найти в специальном списке функций. Вызвать этот список можно либо сочетанием [Ctrl]+[E], либо выполнив команду Insert/Function (Вставка/Функция), либо при помощи специальной кнопки панели Standard (Стандартная). В открывшемся окне есть список категорий функции (Function Category), список самих функций выбранной категории (Function Name), а также окно информации о выбранной функции. По умолчанию определена категория All (Все) и в окне Function Name находится полный список всех встроенных функций MathCAD.
Очевидно, что арктангенс нужно искать в категории Trigonometric (Тригонометрические). Среди множества всевозможных тригонометрических функций находится 2 вида арктангенса (Atan и Atan2).
Для того чтобы определить, какой из них следует выбрать, прочитаем описание для каждого:
Atan(Z). "Returns the angle (in radians) whose tangent is z. Principal value for complex z." "Возвращает угол (в радианах), для которого тангенс — это Z. Главное значение для комплексного Z".
Atan2(x,y). "Returns the angle (in radians) from the x-axis to a line containing the origin (0, 0) and the point (x, y). Both x and у must be real." " Возвращает угол (в радианах) между осью х и линией, содержащей точку начала координат и точку (х,у). Х и Y должны быть действительными".
Очевидно, нужно использовать первую функцию. Выбираем ее и нажимаем Ok.
2) Выражение введено, но параметры его вида, установленные по умолчанию, зачастую могут не удовлетворить пользователя. Для того чтобы отредактировать вид выражения, нужно при помощи команды Format/Equation (Формат/Уравнение) вызвать соответствующее меню.
Здесь вы можете определить цвет шрифта формул (Default equation color), выбрать стиль (Style name). При помощи кнопки Modify (Модифицировать) вы можете изменить стиль текста формул: выбрать тип, размер, начертание шрифта. Чтобы поменять параметры самой математической области, выполните правый щелчок мышью по любой точке редактируемой формулы и в открывшемся контекстном меню выберите пункт Properties (Свойства).
Здесь вы можете взять формулу в рамку (команда Show Border (Показать границу)), сделать область цветной (Highlights Region/Choose Color (Окрашенные области /изменить цвет)). Области формул можно перемещать. по экрану протаскиванием мышью аналогично любым окнам Windows. Пример возможной настройки формулы предложен на рисунке под 5 пунктом.
3) Чтобы подсчитать значение выражения, определим величины переменных. Для этого следует использовать специальный оператор присваивания ":=" (Definition), а не просто знак равенства ("=" в MathCAD используется для вывода численного значении). Ввести его можно как с клавиатуры ([Shiftl+[;]), так и с панели Calculator.
Впрочем, в случае первого присваивания можно просто нажать "=" - и будет введен нужный оператор.
Если же по тем или иным причинам необходимо отобразить документ в принятом математиками виде (то есть, когда во всех случаях используется простое равенство), выполните правый щелчок мышью по оператору ":=" и в открывшемся контекстном меню выберите пункт View Definition As (Видеть присваивание как). В этом подменю есть 3 пункта: Default (по умолчанию), Colon Equal (Равенство с двоеточием), Equal (Равенство). Выбираем пункт Equal Однако при выделении формулы отображаться все же будет непосредственно оператор присваивания.
4) После выражения вводим "=" — и значение будет моментально подсчитано. В случае внесения изменений в формулу или начальные условия, результат будет тут же пересчитан.
Редактируя формулы, можно вырезать и копировать их фрагменты абсолютно аналогично тем же операциям в других приложениях Windows. А вообще, методы форматирования формул в MathCAD довольно интуитивны, и разобраться в них, даже не читая специальной литературы, очень просто.
Очень часто при решении задач следует написать заглавие, вставить комментарий. Поэтому не менее важным, чем умение вводить формулы, является владение элементами редактирования текста.
Наиболее удобно перед набором текста предварительно открыть так называемую текстовую область (Text Region). Это можно сделать либо из меню Insert (Вставка), либо воспользовавшись сочетанием [Shift]+[']. Появится специальная черная рамка текстовой области, определяющая ее границы. Впрочем, можно и не менять режима — при первом пробеле он поменяется автоматически.
Настроить тип, размер, начертание шрифта, вставить список можно при помощи панели Formatting (Форматирование) абсолютно аналогично тому же Word. Изменить цвет шрифта, а также использовать некоторые эффекты (например, индексов) можно, открыв в контекстном меню пункт Font (Шрифт). При помощи пункта Paragraph (абзац) того же меню можно настроить отступы (однако гораздо лучше для этих целей вывести аналогичную Word-овской линейку при помощи команды View/Ruler (Вид/Линейка)), а также определить выравнивание и задать список.
Помимо контекстного меню, все эти панели можно открыть и из меню Format (Формат). Иногда в текст нужно вставить формулу. Это можно сделать при помощи команды Insert/Math Region (Вставка/Математическая область).
Также текст можно импортировать из других текстовых редакторов, например, Word. Это можно сделать двояко: либо непосредственно вставить в MathCAD-документ скопированный текст ([Ctrl]+[V]), либо вставить его в предварительно открытую текстовую область. В первом случае текст будет вставлен в виде объекта OLE, и для его редактирования будет вызываться то приложение, в котором он был создан, во втором же случае редактирование будет возможно и в самой программе. Первый способ удобнее в том случае, если текст должен быть хорошо отформатирован — например, в MathCAD нет системы автоматических переносов.
Задание
1. Переписать в конспект состав всех пунктов меню MathCAD.
2. Создать документ MathCAD и сохранить его, определив имя и указав место.
3. Выполнить вычисления, показанные в примере.
4. Произвести поиск в Resource Center и копирование в MathCAD-документ:
1). Масса Юпитера;
2). Объем усеченной пирамиды;
3). Температура кипения воды (Steam point) в Кельвинах;
4). Масса электрона;
5). Температура кипения свинца;
6). Производная (Derivatives) косинуса;
7). Интеграл косинуса;
8). Электрическое сопротивление золота;
9). Плотность морской воды;
10). Плотность сахара;
11). Молекулярный вес воздуха;
12). Площадь трапеции;
13). Момент инерции параллелепипеда (Rectangular Prism) относительно оси х;
14). Электрическая емкость коаксиального провода (Coaxial Cylinders);
15). Среднее расстояние от Земли до Солнца.
5. Вычислить (согласно варианта):
1). 15-8/(104.5^0.6) +45.6*(0.9+0.23/0.56*321)
2). ((20-36)*100)/32.5+0.25*256
3). (10+20*25.99+36*0.7)/36.36
4). ((25*56.9-87.5+36)/123.321*2.63)*35^1.9
5). (35*5.963+98.365/123+3.69)/0.99
6). (66.7^1.7+982.999*0.999)/35*6.321+0.5
7). 654*65-98^1,2/8.9+36*0.325
8). (321+(654/456-789*0.357)/235)*100
9). 0.3^1.2+(15+0.36*0.258*0.147)/0.15
10). (0.9+0.23+0.56*321)*100+321
11). 0.5+(456+0.99*753/0.258)*0.123+456
12). (321+0.369+98.25^1.2+321.654)/321*0.369
13). (69*0.321*10+123/0.1258-0.1123)*100
14). 12+258+369*0.753+10/5+0.25*256
15). (147*0.258-0.369*123)*10
6. В окне документа реализовать нахождение расстояния, проходимого падающим телом за время t=10 сек с ускорением а = 9.8 м/сек, с использованием переменных.
При этом в окне документа поместить комментарии к переменным и формулам.
7. Сохранить документ.
Содержание отчета
Отчет оформить как документ Mathcad:
1. Название лабораторной работы.
2. Цель лабораторной работы.
3. Ход решения задания с комментариями.
4. Результаты поиска в Resource Center.
5. Выводы по работе.
Контрольные вопросы
1. Элементы окна программы Mathcad.
2. Открытие и сохранение документа.
3. Определение переменных.
4. Простые вычисления с использованием переменных.
5. Вставка комментариев.
