Технология работы в среде Mathсad

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

 
 
 
 
 
 
 
Л.Г. ШЕВЧЕНКО, Т.В. ДРУЖИНИНА  
 
 
 
 
 
ТЕХНОЛОГИЯ РАБОТЫ  
В СРЕДЕ MATHCAD 
 
Утверждено Редакционно-издательским советом университета  
в качестве учебного пособия 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
НОВОСИБИРСК 
2018 

 

УДК 004.42(075.8) 
         Ш 379 
 
 
 
 

Рецензенты: 

канд. техн. наук, доцент М.Е. Вильбергер 
д-р техн. наук, профессор В.Ю. Нейман 
 
 
Работа выполнена на кафедре электромеханики  
для студентов ФМА, обучающихся по направлению  
13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» 
 
Шевченко Л.Г. 
Ш 379   
Технология работы в среде Mathсad: учебное пособие / 
Л.Г. Шевченко, Т.В. Дружинина. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 
2018. – 171 с. 
 
ISBN 978-5-7782-3694-3 
 
Интегрированная система программирования для автоматизации 
научных и инженерно-технических расчетов Mathcad делает учебную 
и научно-исследовательскую работу более удобной и результативной, 
позволяет решать широкий круг инженерных задач в различных отраслях техники. Практическая работа ориентирована на выполнение 
наиболее часто встречающихся математических задач. 
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению 
«Электроэнергетика и электротехника». Может быть полезно при выполнении курсовых и квалификационных работ студентов, а также 
научно-исследовательских работ магистрантов и аспирантов. 
 
 
УДК 004.42(075.8) 
 
ISBN 978-5-7782-3694-3  
 
 
 
 
© Шевченко Л.Г., Дружинина Т.В., 2018 
© Новосибирский государственный 
    технический университет, 2018 

 

ВВЕДЕНИЕ 

Изучение информационных технологий, т. е. процессов и методов 
поиска, сбора, хранения и обработки информации, прежде всего с применением средств вычислительной техники, предполагается при подготовке по всем техническим направлениям, в том числе и по направлению 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника». В числе прочих 
компетенций выпускники этого направления должны уметь пользоваться современными пакетами прикладных программ для анализа и расчета 
электротехнических и энергетических систем, использовать средства 
компьютерной математики и применять программы имитационного моделирования для проведения самостоятельных научных исследований, а 
также составлять новые программы для ЭВМ в целях решения электротехнических и электроэнергетических задач. 
Системы компьютерной математики имеют очень большое значение в решении теоретических и прикладных профессиональных задач, 
поскольку применяются не только как средство автоматизации математических расчетов, но и как аппарат для моделирования и исследования реальных физических процессов и объектов. 
Системы для автоматизации математических расчетов разрабатываются уже несколько десятков лет, поскольку программирование на 
языках высокого уровня для рядового пользователя – долгий и трудоемкий процесс, не всегда приводящий к требуемому результату. Системы, с которыми пользователь мог бы общаться на языке, близком к 
привычным математическим формулам и обозначениям, являются для 
научно-исследовательской работы и задач проектирования более удобными и результативными. Одной из наиболее известных систем такого 
рода является Mathcad. 
Mathсad – это интегрированная система программирования для автоматизации научных и инженерно-технических расчетов, разработанная 
фирмой 
MathSoft, 
подразделением 
PTC 
(Parametric 
Technology 
Corporation), США. Аббревиатура CAD (Computer Aided Design), обозначающая системы автоматизированного проектирования, говорит о том, 
что Mathcad можно рассматривать как САПР для математических задач. 

Существуют и другие мощные математические системы, такие как 
Maple, Mathematica, MATLAB, Scilab (аналог MATLAB), Maxima, 
Kalamaris, Scientific WorkPlace и др. Все эти системы имеют как достоинства, так и недостатки по сравнению с Mathcad. Система Maple содержит больше встроенных функций и имеет более мощные механизмы визуализации, чем Mathcad, но она ориентирована прежде всего на 
профессиональных математиков. Mathematica – мощная высокоскоростная система, требующая для работы с ней специфического языка 
программирования. MATLAB (MATrix LABoratory) – это прежде всего 
одноименный язык программирования с соответствующей интегрированной средой разработки. Поэтому можно считать, что Mathcad – оптимальный инструмент для проведения не слишком сложных инженерных расчетов, где для работы достаточно базовой математической 
подготовки и начальных знаний в области программирования. 
Mathcad  это система компьютерной алгебры, которая содержит 
текстовый редактор, вычислитель, символьный процессор, графический процессор, а также мощную справочную систему. В отличие от 
других математических систем Mathcad имеет интуитивно понятный 
интерфейс пользователя и привычную форму записи математических 
выражений, т. е. графический, а не текстовый режим ввода. Огромное 
количество операторов и встроенных функций (около 600) позволяет 
решать инженерные задачи в различных отраслях техники. С помощью 
Mathcad можно вычислять интегралы и производные, решать дифференциальные уравнения, проводить статистические расчеты, строить 
двухмерные и трехмерные графики, работать с матрицами, выполнять 
вычисления с учетом единиц измерений, решать системы уравнений, 
создавать программы с ветвлениями и циклами и т. д. Возможности 
Mathcad могут быть увеличены с помощью дополнительных пакетов 
расширения и библиотек, например, электротехнической библиотеки, 
библиотеки машиностроения, пакетов для анализа данных, для обработки сигналов и др. Новые версии Mathcad позволяют пользоваться 
возможностями программы, не приобретая ее, через веб-интерфейс. 
Несмотря на разработку все новых версий Mathcad (2000, 2001, 
2001i, 11, 12, 13, 14, 15) принципы работы с системой являются общими (за исключением Mathcad Prime). 
Все это обеспечивает легкость и удобство освоения и применения 
Mathcad, а также делает систему популярной среди студентов, инженеров и ученых. 
 

 

1. ИНТЕРФЕЙС ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ  
В СИСТЕМЕ Mathcad 
СОЗДАНИЕ ДОКУМЕНТА И ПРОСТЫЕ  
ВЫЧИСЛЕНИЯ В СИСТЕМЕ Mathcad 

1.1. ОКНО СИСТЕМЫ Mathcad  
И ИНТЕРФЕЙС ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ 

Вид окна системы Mathcad аналогичен окнам приложений ОС семейства Windows (Word, Excel и др.). 
Интерфейс пользователя в системе Mathcad состоит из следующих 
эхлементов: 
1) строки заголовка 

; 

2) строки главного меню 

, 

3) строки состояния 

, 

которая включается командой View – Status Bar (Вид – Строка состояния) и на которой отображается следующая информация (слева направо): контекстно-зависимая подсказка о готовящемся действии, режим 
вычислений (AUTO (автоматический) или Calc 9 (ручной)), режим 
Gaps Lock (CAP), режим Num Lock (NUM), номер страницы, на которой находится курсор; 
4) панелей инструментов: Standard (Стандартная), Formatting (Форматирование), Math (Математика), Controls (Элементы управления), 
Resources (Ресурсы) и др.: 

Пиктограммы панели Standard дублируют основные команды главного меню. На панели Formatting собраны команды, предназначенные 
для форматирования текста, такие как изменение стиля и шрифта текста, выравнивание, создание списков. 
Панель Controls служит для вставки в документ стандартных элементов управления интерфейса пользователя (флажков, переключателей, полей ввода и т. п.). 
Панель Resources предназначена для вызова ресурсов Mathcad 
(примеров, учебников, но только на английском языке). 
Наибольший интерес для нас в системе Mathcad представляет математическая панель Math. Она содержит перемещаемые палитры математических знаков, которые служат для ввода практически всех известных математических символов и шаблонов операторов и функций. 
1. 
 – панель калькулятора, служит для ввода арифметических операций и часто используемых простых функций. Эта 
палитра фактически дублирует обычный калькулятор. 
2. 
 – панель графиков, содержит команды для построения семи типов графиков. 
3. 
  панель матриц и векторов, содержит инструменты для создания векторов и матриц и некоторые операции для работы с 
ними. 
4. 
 панель вычислений, для вставки операторов 
управления вычислениями и для вставки пользовательских операторов. 

5. 
  панель математического анализа, содержит операции высшей математики (производные, интегралы, пределы и др.),  
а также знак бесконечности . 
6. 
  панель логических символов для вставки операций сравнения и логических операций Not , And , Or . 
7. 
  панель программирования, инструменты 
программирования системы Mathcad. 

8. 
  панель греческих символов. 

9. 
  панель символов, содержит ключевые слова, 
управляющие символьными вычислениями. 

 
 

1.2. ДОКУМЕНТ В СИСТЕМЕ Mathcad 

Фактически документ Mathcad представляет собой программу, 
написанную на визуально-ориентированном языке программирования. 
Визуально-ориентированные языки программирования задают программу не в виде малопонятных кодов, а в виде визуально понятных 
объектов. Язык программирования Mathcad ориентирован на математические вычисления и потому практически не отличается от обычного 
языка математических статей, отчетов и книг. 
Входной язык Mathcad относится к интерпретируемому типу. Это 
значит, что когда система опознает какой-либо объект, она немедленно 
исполняет указанные в блоке операции. 
Визуально-ориентированный язык общения системы Mathcad надо 
отличать от языка реализации системы, т. е. обычного языка программирования высокого уровня, на котором написана система. Языком 
реализации системы Mathcad является один из самых мощных языков 
высокого уровня – С++. 
По существу, входной язык системы – промежуточное звено между 
скрытым от пользователя языком документа и языком реализации системы. По мере того как пользователь создает (средствами текстового, 
формульного, символьного и графического редакторов) в окне редактирования объекты (тексты, формулы, таблицы и графики), система 
сама составляет программу на некотором промежуточном языке связи. 
Эта программа хранится в оперативной памяти до тех пор, пока не будет записана на диск в виде файла с расширением.mcd или .xmcd. Однако от пользователя не требуется знания языков программирования 
(реализации и связи), достаточно освоить приближенный к естественному математическому языку входной язык системы. 
Документ в системе Mathcad состоит из блоков. Размеры блоков 
устанавливаются автоматически в зависимости от числа входящих в 
них знаков, либо от заданных размеров графиков. Обычно границы 
блоков не видны, но можно установить подсвеченный режим показа 
блоков (команда View – Regions (Вид – Области)). В этом режиме видна также точка привязки блока (слева):  

 

Блоки не должны налагаться друг на друга:  

 
Если такое произошло, то надо воспользоваться командой разделения перекрывающихся областей в документе Formatting – Separate Regions (Формат – Разделить области), предварительно выделив эти перекрывающиеся области. 
Блоки могут быть трех типов: текстовые, вычислительные, графические. Блоки можно перемещать по документу и располагать в удобной для пользователя форме, но для правильного функционирования 
системы имеет большое значение порядок расположения блоков. 
Например, если в некотором блоке содержатся операции, требующие 
данных из другого блока, то этот другой блок обязательно должен выполняться первым и размещаться перед использующим его блоком (левее и выше). Иная ситуация приведет к появлению ошибки. Сигнал 
ошибки имеет вид надписи, располагающейся под источником ошибки: 

 
Блоки анализируются слева направо и сверху вниз. При манипуляциях с блоками на экране могут оставаться нежелательные искажения. 
Для их устранения следует использовать команду View – Refresh (Вид – 
Обновить). 
В документе Mathcad эффективно решена проблема сквозной передачи данных от одного блока к другому, поэтому изменение в любой 
формуле или в задании входных данных тут же ведет к пересчету задачи по всему документу. 
Новый документ получает название Untitled: N, где N – порядковый номер документа. 

 
При сохранении на диске документ системы Mathcad записывается 
в файл с расширением .mcd или .xmcd (в зависимости от версии 
Mathcad). 

Окно редактирования содержит два важных объекта – курсор ввода 
в виде красного крестика (+) и вертикальную линию, отделяющую текущую страницу от соседней (справа). Если документ большой, то будут видны и пунктирные горизонтальные линии раздела страниц. Эти 
линии раздела показывают, каким образом будет осуществляться разбиение на страницы при распечатке документа на принтере. Изменить 
параметры страницы можно с помощью команды File – Page Setup 
(Файл – Параметры страницы). 
В окне редактирования документа можно включить линейку с помощью команды View – Ruler (Вид – Линейка): 

 
Масштаб документа можно изменить по команде View – Zoom 
(Вид – Масштаб). 

1.2.1. ТЕКСТОВЫЕ БЛОКИ 

Текстовые блоки играют роль неисполняемых комментариев. Они 
служат лишь для повышения наглядности документа. 
В простейшем случае для ввода текста достаточно ввести символ 
«"» в латинской раскладке. Нередко пользователь начинает набор текстов, забыв установить кавычки. Mathcad воспринимает такой набор 
как ввод математического выражения. Однако, нажав клавишу Пробел, 
можно тут же превратить набранный фрагмент в текстовый. Признаком текстового блока являются черные квадратики на правой и нижней 
границах блока, а курсор в текстовом блоке приобретает вид красной 

вертикальной черты: 
 
Текст может состоять из слов, математических выражений и формул, специальных знаков. Русский текст вводится с помощью любого 
кириллического шрифта (Courier, Times New Roman Cyr, Arial Cyr). 
Для работы с текстом также предусмотрены команды меню Format – 
Text (Формат – Текст) и Format – Paragraph (Формат – Абзац). Можно 
создать текстовую область (текст начинается на позиции курсора) или 
текстовый параграф (текст начинается первой строкой на позиции курсора), форматировать текст (панель форматирования), внедрять в текст 
математические формулы (команда Insert – Math Region (Вставить – 
Математическая область), при этом надо находиться в текстовом