MATHCAD 14: Основные сервисы и технологии

MATHCAD 14: Основные сервисы и технологии
2-е издание, исправленное
Пожарская Г.И.
Назаров Д.М.
Национальный Открытый Университет “ИНТУИТ”

MATHCAD 14: Основные сервисы и технологии/ Г.И. Пожарская, Д.М. Назаров - М.: Национальный
Открытый Университет “ИНТУИТ”, 2016
Курс посвящен основам работы в математическом пакете MathCAD 14. Рассмотрены различные
технологические возможности среды. Приведены примеры решений типовых задач.
Описана структура программы ее основные сервисы и приемы работы в среде с различными
структурами данных. Рассмотрены различные технологические возможности выполнения
символьных вычислений. Представлены методы построения графиков функций а также инструменты
их редактирования, форматирования и настройки. Продемонстрированы приемы численного решения
уравнений и систем различными способами. Рассмотрены средства пакета для решения основных
задач математической статистики: генерация псевдослучайных последовательностей с заданным
распределением, вычисление числовых характеристик случайных величин, определение закона
распределения случайной величины.
(c) ООО “ИНТУИТ.РУ”, -2016
(c) Пожарская Г.И., Назаров Д.М., -2016

Основные средства программы MathCAD
Лекция условно разбита на две части. В первой части представлены основные
исторические этапы развития системы MathCAD и описана структура программы; во
второй – описаны основные сервисные возможности и приемы работы в среде
MathCAD с различными структурами данных. Большое внимание уделено
возможностям одному из ключевых сервисов пакета – встроенному текстовому
процессору.
Цель лекции. Познакомить с основными технологическими приемами работы в среде
MathCAD и научить производить настройку системных параметров среды.
1.1. Общие сведения о программе
MathCAD – это многофункциональная интерактивная вычислительная система.
Отличается простым и удобным интерфейсом, написанием выражений стандартными
математическими символами, хорошей двух- и трехмерной графикой, возможностью
подключения к распространенным офисным и конструкторским программам, а также к
Internet. MathCAD обеспечивает вычисление по сложным математическим формулам,
имеет большой набор встроенных математических функций, позволяет вычислять
ряды, суммы, произведения, интегралы, производные, работать с комплексными
числами, решать линейные и нелинейные уравнения [1-4].
Представляет интерес историческое развитие MathCAD. MathCAD – это разработка
компании MathSoft Inc. Версии MathCAD с 1.0 по 4.хх работали в операционной
системе DOS, имели небольшой общий размер исполняемых файлов (до 1 Мб) и
незначительные (по современным меркам) системные требования (оперативная память
до 1 МБ). Начиная уже с 3 версии. MathSoft Inc объединяется с фирмой Waterloo Maple
Software , в систему внедряется ядро мощной системы символьной математики Maple
V. Версии с 5-й и выше уже работали на платформе Windows. В MathCAD 7.0 PRO
интерфейс существенно переработан и приближен к интерфейсу текстового процессора
Word 95/97. В MathCAD 8.0 PRO добавлено около 50 новых математических функций
(элементарных, специальных статистических и др.); новые функции оптимизации
maximize и minimize; решения задач линейного программирования, новые функции
контроля типа данных; улучшенный блок решения систем нелинейных уравнений.
MathCAD 2000 (версия 9) добавила к существующим возможностям интеграцию с
Интернетом, введен ряд новых функций для финансово-экономических расчетов,
создания матриц трехмерных поверхностей. В версии MathCAD 2001 еще более
возросла производительность вычислений и расширенные возможности. Внедрена
поддержка Windows 2000. MathCAD 2001i (интерактивный) получил полную
поддержку Windows XP, расширены возможности сбора данных от внешних устройств,
повышенную защищенность MathCAD-документов введением современной
криптографии. При создании MathCAD 11 основное внимание было обращено на
увеличение скорости и мощности работы системы. Цель состояла в том, чтобы
улучшить ядро MathCAD, расширить и улучшить удобства работы. Версии пакета
MathCAD 12 -13 получили более совершенное математическое ядро, а также
дополнительные опции, позволяющие сохранять и публиковать документы MathCAD в

различных форматах, что было проблемой в предыдущих версиях. [3], [4]. С 2006 года
MathSoft Inc становится частью корпорации PTC (Parametric Technology Corporation).
MathCAD 14 (2007 г) - первая версия с момента приобретения Mathsoft Inc. компанией
PTC. MathCAD теперь использует символьную систему MuPAD (фирма SciFace
Software). (MuPAD - интегрированная система для математических вычислений,
подобная системам Maple и Mathematica, но распространяемая бесплатно.) Работа в
MathCAD 14 оказалась проблематичной. Задачи, решаемые средствами символьной
математики в MathCAD 11/12/13, не решаются в MathCAD 14 или решаются
медленнее. Это связано, по-видимому, с несовместимостью символьных алгоритмов с
предыдущими версиями. Любителей и приверженцев MathCAD волнует эта проблема.
Вопрос о судьбе MathCAD обсуждается в интересной статье В.Ф.Очкова “MathCAD –
что это такое и какова его судьба” [1].
В 2010 году компания PTC официально анонсировала выпуск новой версии MathCAD
15.0. Новая версия предлагает более 25 новых функций, обновленный набор
справочных материалов и расширенную интеграцию со сторонними продуктами, в том
числе с новейшей версией электронной таблицы Microsoft Excel. Предлагается
улучшенная интеграция пакета MathCAD 15.0 с такими известными платформами
инженерного проектирования, как Pro/ENGINEER, а также с собственными
продуктами компании PTC – Windchill, Windchill PDMLink и Windchill ProductPoint.
1.2. Структура программы
Пользовательский интерфейс системы внешне имеет структуру программ MS Office.
Пользователь, имеющий элементарные навыки работы с Windows-приложениями,
может сразу начать работу с MathCAD [3], [4].
Oкно редактирования
Сразу после запуска система готова к созданию документа с необходимыми
вычислениями. Окно содержит строку заголовка с именем системы и текущего
документа, строку с пунктами меню, открывающими доступ к подменю с различными
командами, рабочую область (worksheet), строку состояния, всплывающие или
контекстные, меню, диалоговые окна. Панели инструментов разделены на
стандартные, обеспечивающие быстрое выполнение наиболее важных команд при
работе с системой; инструменты форматирования, обеспечивающие быстрое
форматирование текстовых и формульных блоков в документе, и математические
панели. При нажатии соответствующих кнопок математических панелей появляются
панели математических объектов. Вид окна и математические панели показаны на Рис.
1.1 и Рис. 1.2.

Рис. 1.1.  Окно программы MathCAD 14
Рис. 1.2.  Вид окна MathCAD с панелями
Математические панели
Ввод формул и операций производится при помощи математической панели

инструментов View/Toolbars/Math - (Вид/Панель инструментов /Математика). Панель
Math(Математика) содержит девять панелей (Рис. 1.3).
Рис. 1.3.  Панель Математика
Ниже представлены девять математических панелей.
Рис. 1.4.  Калькулятор
Рис. 1.5.  Инструменты графиков
Рис. 1.6.  Векторные и матричные операции

Рис. 1.7.  Инструменты знаков операций
Рис. 1.8.  Операторы математического анализа
Рис. 1.9.  Панель логики
Рис. 1.10.  Инструменты программирования

Рис. 1.11.  Смволы греческого алфавита
Рис. 1.12.  Cимволические операторы
Рассмотрим операции.
1.3. Правила ввода информации
MathCAD содержит текстовый и формульный редактор, вычислитель, средства
научной и деловой графики, а также огромную базу справочной информации, как

математической, так и инженерной, оформленной в виде встроенного в MathCAD
справочника, комплекта электронных книг и обычных книг, в том числе и на русском
языке . MathCAD построен по принципу WYSIWYG (“What You See Is What You Get” -
“что вы видите, то и получите”
MathCAD физико-математический пакет. Он позволяет присваивать переменным
числа, а физические величины– длину, время, мощность и т.д. MathCAD берет на себя
работу по переводу единиц измерения, контролю соответствия размерностей и вывода
ответа с нужными единицами
Документом MathCAD называется полное математическое описание алгоритмов
решения задач. Документ состоит из блоков, т.е. отдельных частей. Блоки могут быть
трех видов:
текстовые,
вычислительные,
графические.
Вычислительный процессор производит расчеты по введенным формулам, с
использованием встроенных численных методов. Символьный процессор - фактически
система искусственного интеллекта - производит аналитические вычисления.
Математические выражения и текст вводятся с помощью формульного редактора
MathCAD; математические расчеты производятся в соответствии с введенными
формулами, графики различных типов вставляются непосредственно в документы.
MathCAD14 создает файлы с расширением xmcd ; возможно сохранение в формате
RTF-документов, а также Web-страниц: HTML
Правило ввода
Курсор MathCAD принимает три различные формы (Рис. 1.13):
визира – знак “плюс” красного цвета, 
маркера ввода текста – вертикальная красная черточка, 
маркера ввода математических выражений – уголок (“клюшка”) синего цвета,
расположение которого изменяется при нажатии на клавишу Пробел.
Рис. 1.13.  Курсоры MathCAD. Маркер ввода математических выражений
Ввод текста