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

С помощью функции type(object,t) можно выяснить, относится ли указанный объект к соответствующему типу t, например:

> type(2+3,integer);

true

> type(sin(х),function);

true

> type(hello,string);

false

> type("hello",string);

true

> type(1/3,fraction);

true

При успешном соответствии типа объекта указанному (второй параметр), функция type возвращает логическое значение true, в противном случае — false.

Для более детального анализа объектов может использоваться функция hastype(expr, t), где expr — любое выражение и t — наименование типа подобъекта.

Эта функция возвращает логическое значение true, если подобъект указанного типа содержится в выражении expr. Примеры применения этой функции даны ниже (файл control):

> hastype(2+3,integer);

true

> hastype(2+3/4,integer);

false

> hastype(2*sin(x),function);

true

> hastype(a+b-c/d,`+`);

true

Еще одна функция — has(f,x) — возвращает логическое значение true, если подобъект х содержится в объекте f, и false в ином случае:

> has(2*sin(х),2);

true

> has(2*sin(x), `/`);

false

> has(2*sin(x),3-1);

true

Следует отметить, что соответствие подобъекта выражения указанному подобъекту понимается в математическом смысле. Так, в последнем примере подобъект «3-1», если понимать его буквально, в выражении 2*sin(x) не содержится, но Maple-язык учитывает соответствие 3-1=2, и потому функция has в последнем примере возвращает true.

Функция has может использоваться для выявления той или иной математической операции, оператора или функции. Однако надо соблюдать определенные правила, поскольку выражение, анализируемое функцией has оценивается и исполняется. Внимательно проанализируете приведенные ниже примеры:

> has(2*sin(2),sin);

true

> has(2*sin(2),'sin');

true

> has(2*sin(2.), 'sin');

false

Здесь надо учесть, что выражение 2*sin(2) после оценки и исполнения не меняется, поскольку Maple, при целочисленном аргументе функции синуса, не вычисляет ее и вычисленное выражение совпадает с исходным и содержит функцию синуса. Однако sin(2.) уже вычисляется и становится числом. Именно поэтому в последнем примере функция sin уже не обнаруживается. Подобное имеет место и в ряде других примеров с функцией интегрирования:

> has('int(х^2,х)',int);

true

> has(int(х^2,х),int);

false

> int(х^2,х);

> has(int(х^2,х), х^3/3);rue

Столь же поучителен пример с идентификацией функции интегрирования. Так, has(int(х^2, х), int); дает false, поскольку интеграл оценивается и вычисляется, что ведет к подмене выражения на х^3/3 уже не содержащего признаков интегрирования. Это и поясняют два последних примера, в которых вычислено значение интеграла и функция has дает значение true для значения интеграла. В тоже время заключение int(x^2,x) в апострофы позволяет найти имя функции интегрирования int, поскольку исходное выражение в этом случае представлено в неисполняемой форме и содержит обращение к этой функции.

Еще одна иногда полезная функция контроля выражений depends(f,x) возвращает true, если х входит в f и false в противном случае. При этом надо также помнить, что функция (выражение) оценивается и исполняется. Следующие примеры хорошо иллюстрируют сказанное:

> depends(2+2*sin(x),х);

true

> depends(int(х^2,х),х);

true

> depends(int(х^2,х=0..1), х)

false

В последнем примере вычисленное выражение это уже просто число, в нем х не содержится, а потому и получено значение false.

3.6. Работа с подстановками

3.6.1. Функциональные преобразования подвыражений

Нередко бывает необходимо заменить некоторое подвыражение в заданном выражении на функцию от этого подвыражения, т.е. осуществить подстановку. Средства для обеспечения подстановок есть во всех СКМ. Так, для этого в Maple 9.5 можно воспользоваться функцией applyop:

• applyop(f, i, е) — применяет функцию f к i-му подвыражению выражения е;

• applyop(f, i, е…, xk,…) — применяет функцию f к i-му подвыражению выражения е с передачей необязательных дополнительных аргументов xk.

Ниже даны примеры применения этой функции (здесь и далее см. файл subs):

> restart;applyop(sin,2,a+x);

a + sin(x)

> applyop(f,1,g,2,a+b);

f(g, 2, a + b)

> applyop(f,{2,3},a+x+b);

a+f(x)+f(b)

> applyop(f,{1,2},x/y+z);

> р:=у^2-2*у-3;

p:= y²-2y -3

> applyop (f, 2,p);

p:= y² -2y -3

> applyop{f,[2, 3 ], p);

y²+f(-2y)-3

> applyop(f,{[2,1],3},p);

y² + f(-2y) + f(-3)

> applyop(abs,{[2,1],3},p);

y²+2y+3

3.6.2. Функциональные преобразования элементов списков

Еще две функции, реализующие операции подстановки, указаны ниже:

map(fcn, expr, arg2, ..., argn)

map2(fcn, arg1, expr, arg3,..., argn)

Здесь fcn — процедура или имя, expr — любое выражение, argi — необязательные дополнительные аргументы для fcn.

Первая из этих функций позволяет приложить fcn к операндам выражения expr. Приведенные ниже примеры иллюстрируют использование функции map:

> f:=х->х^2;

f: = х→х²

> map(f, [1,2,3]);

[1, 4, 9]

> map(f,[x,y,z]);

[x², y², z²]

> map(х->х^n, [1,2,3]);

[1, 2n, 3n]

> L:=[1,2,3,4];

L:=[1, 2, 3, 4]

> map(proc(x,y) x*y+1 end,[1, 2, 3, 4], 2);

[3, 5, 7, 9]

> map(int,L,x);

[x, 2x, 3x, 4x]

> map(F, [1, 2, 3], x, y, z);

[F(3, x, y, z), F(3, x, y, z), F(3, x, у, z)]

Из этих примеров нетрудно заметить, что если второй параметр функции map — список, то функция (первый параметр) прикладывается к каждому элементу списка, так что возвращается также список. Из последнего примера видно, что если за вторым параметром идет перечисление аргументов, то они включаются в список параметров функции.

Функции map2 отличается иным расположением параметров. Ее действие наглядно поясняют следующие примеры:

> map2(w, g, {а,b,с});

{w(g, a), w(g, b), w(g, с)}

> map2(op,1,[a+b+i,c+d+k, e+f+j]);

[а, с, е]

> map2(ор,3,[a+b+i,c+d+k,e+f+j]);

[i, k, j]

> map2(diff,[sin(х),cos(х),x^n],х);

При решении некоторых задач оптимизации возникает необходимость в создании выражений с множителями Лагранжа. Для этого можно использовать список из трех элементов выражения, заключенный в угловые скобки:

> е := <х^2, -sqrt(16-х^2), 5>;

Примеры на работу с выражениями, имеющими множители Лагранжа можно найти в файле демонстрационным L4lagra.mse.

3.6.3. Подстановки с помощью функций add, mul и seq

Заметим, что операции, подобные описанным выше, Maple реализует и с рядом других функций. Ограничимся примерами на подстановки с помощью функций сложения add, умножения mul и создания последовательностей seq:

> add(i,i=[a,b,c]);

a + b + c

> addi=[a,b,c]);

a² + b² + c²

> add(i^2,i=[1,2,3]);

14

> mul(x-i,i=0..4);

x(x - 1)(x - 2)(x - 3)(x - 4)

> mul(х^i,i=0..4);

x10

> seq(w(i),i={a,b,c});

w(a), w(b), w(c)

> seq(w(x, y, z), i={1,2,3});

w(x, y, z), w(x, y, z), w(x, y, z)

> seq(int(x^i,x),i={1,2,3,4});

3.6.4. Подстановки с помощью функций subs и subsop

Подстановки в общем случае служат для замены одной части выражения на другую. Частными видами подстановок являются такие виды операций, как замена одной переменной на другую или замена символьного значения переменной ее численным значением. Основные операции подстановки выполняют следующие функции:

• subs(x=a,e) — в выражении е заменяет подвыражение х на подвыражение а;

• subs(s1,…,sn,e) — в выражении е заменяет одни подвыражения на другие, выбирая их из списков s1, sn вида х=а;

• subsop(eq1, eq2, …, eqi, …, eqn, e) — в выражении e заменяет указанные в eqi операнды другими, указанными в правой части равенств eqi вида ni=ei, где ni — номер операнда, ei — выражение для замены.

Все эти функции возвращают измененное после подстановки выражение. Ниже показаны примеры применения функций подстановок:

> subs(а=b,b^2-2*а*b-b^2);

-2 b²

> subs (а=2,b=1,b^2-2*а*b-b^2);

> normal(%);

a-b

> subs(a=x,b=y,c=z,[a,b,с]);

[x, y, z]

> subs({x=y,y=x),[x,y]);

[y, х]

> subs(a=sin(x),b=cos(x),а^2+b*b);