Mathcad. Zbiór zadań dla inżynierów Pyskowice

Poznaj Mathcada - najlepsze narzędzie do obliczeń inżynierskich Niezbędna teoria w zasięgu ręki Praktyczne przykłady zastosowań Zadania prezentujące funkcje programu Mathcad to wszechstronny program komputerowy do przeprowadzania obliczeń matematycznych i wizualizacji ich wyników. Jego możliwości i elastyczność sprawiły, że narzędzie zdobyło rzeszę wiernych użytkowników oraz znalazło szereg zastosowań w różnych dziedzinach nauki i techniki. Jak każde złożone oprogramowanie, Mathcad wymaga nauki, a tę najlepiej prowadzić na praktycznych przykładach. Książka zawiera 30 ciekawych, obszernych zadań, z których każde jest poświęcone innemu problemowi inżynierskiemu, matematycznemu lub naukowemu. Rozwiązywanie kolejnych ćwiczeń umożliwia stopniowe zapoznawanie się ze sposobem tworzenia arkuszy obliczeniowych w programie Mathcad. Zaproponowane zadania mają dużą wartość popularnonaukową, w przystępny sposób prezentują szeroki zakres zagadnień, w których stosowane są techniki komputerowego wspomagania obliczeń. Zbiór zadań jest przeznaczony do wykorzystania na kursach i zajęciach dydaktycznych prowadzonych na wczesnych latach studiów. Teoria potrzebna do wykonania każdego ćwiczenia została podana w jego wstępie, nie jest więc potrzebne korzystanie z innej literatury. Ponadto w opisach rozwiązań uwzględniono sposoby, w jakie można skontrolować poprawność działania utworzonego arkusza kalkulacyjnego, dzięki czemu książka może posłużyć również do samodzielnej pracy z oprogramowaniem Mathcad. Zadania opracowano pod kątem rozwiązywania w dwóch wersjach programu Mathcad, najnowszej Prime oraz starszej 15, wciąż dostępnej w sprzedaży i nadal bardzo popularnej. Spis treści: Wprowadzenie 9 CZĘŚĆ I. ZADANIA 15 Zadanie 1. Obliczenia zwarciowe szynoprzewodów 17 Cel zadania 17 Wstęp 17 Realizacja zadania 19 Zadanie 2. Obliczenia parametrów silnika wiatrowego małej elektrowni 21 Cel zadania 21 Wstęp 21 Warunki środowiskowe 22 Parametry silnika wiatrowego 24 Rachunek ekonomiczny 25 Realizacja zadania - część 1. 26 Realizacja zadania - część 2. 26 Realizacja zadania - część 3. 27 Zadanie 3. Obliczenia mocy napędu przenośnika taśmowego 28 Cel zadania 28 Wstęp 28 Realizacja zadania - część 1. 32 Realizacja zadania - część 2. 33 Zadanie 4. Układy kombinacyjne i układy PSR 34 Cel zadania 34 Wstęp 34 Układy kombinacyjne 34 Układy PSR 36 Realizacja zadania - część 1. 37 Realizacja zadania - część 2. 38 Zadanie 5. Kwadrat magiczny nieparzystego rzędu 40 Cel zadania 40 Wstęp 40 Realizacja zadania - część 1. 43 Realizacja zadania - część 2. 44 Zadanie 6. Kalendarz 45 Cel zadania 45 Wstęp 45 Kongruencja Zellera 45 Metoda Meeusa-Jonesa-Butchera 46 Rok przestępny i liczba dni w miesiącu 47 Realizacja zadania - część 1. 48 Realizacja zadania - część 2. 49 Realizacja zadania - część 3. 50 Realizacja zadania - część 4. 50 Sposób 1. - funkcja warunkowa if 50 Sposób 2. - poszukiwanie elementów zerowych funkcją match 51 Realizacja zadania - część 5. 52 Zadanie 7. Modulacja PWM 53 Cel zadania 53 Wstęp 53 Realizacja zadania - część 1. 57 Realizacja zadania - część 2. 58 Zadanie 8. Wykresy krzywych parametrycznych 59 Cel zadania 59 Wstęp 59 Klotoida 60 Krzywe Lissajous 60 Tajemnicze krzywe 61 Spirala Fermata 63 Krzywe Béziera 64 Realizacja zadania - uwagi ogólne 65 Realizacja zadania - klotoida 66 Realizacja zadania - krzywe Lissajous 66 Realizacja zadania - tajemnicze krzywe 67 Realizacja zadania - spirala Fermata 68 Realizacja zadania - krzywe Béziera 69 Zadanie 9. Anaglify 71 Cel zadania 71 Wstęp 71 Anaglif w skali szarości 72 Anaglif kolorowy 73 Realizacja zadania - część 1. 73 Realizacja zadania - część 2. 74 Zadanie 10. Astrologiczna tablica wróżb 75 Cel zadania 75 Wstęp 75 Realizacja zadania - część 1. 77 Realizacja zadania - część 2. 78 Realizacja zadania - część 3. 79 Zadanie 11. Parametry energii elektrycznej 80 Cel zadania 80 Wstęp 80 Realizacja zadania - część 1. 85 Interpretacja sygnatur czasowych 86 Generowanie wektora czasu 87 Wektory napięcia i prądu 87 Realizacja zadania - część 2. 87 Realizacja zadania - część 3. 88 Realizacja zadania - część 4. 89 Zadanie 12. Nieliniowe oscylatory drugiego rzędu 90 Cel zadania 90 Wstęp 90 Oscylator van der Pola 91 Oscylator Lotki-Volterry 93 Oscylator Mathieu 93 Oscylator Duffinga 93 Realizacja zadania - część 1. 94 Realizacja zadania - część 2. 95 Oscylator van der Pola 98 Oscylator Lotki-Volterry 98 Oscylator Mathieu 98 Oscylator Duffinga 98 Zadanie 13. Układ Lorenza 100 Cel zadania 100 Wstęp 100 Realizacja zadania - część 1. 104 Realizacja zadania - część 2. 105 Realizacja zadania - część 3. 106 Realizacja zadania - część 4. 106 Zadanie 14. Rozkład pola magnetycznego prądu stałego 107 Cel zadania 107 Wstęp 107 Realizacja zadania - część 1. 109 Realizacja zadania - część 2. (tylko Mathcad 15) 111 Zadanie 15. Systemy funkcji iterowanych 113 Cel zadania 113 Wstęp 113 Zbiór punktów 116 Metoda liczb zespolonych 117 Metoda macierzy komórkowych 117 Mapa kolorów 118 Realizacja zadania - część 1. 120 Metoda liczb zespolonych 121 Metoda macierzy komórkowych 121 Realizacja zadania - część 2. 122 Zadanie 16. Prosty generator melodii 124 Cel zadania 124 Wstęp 124 Realizacja zadania - część 1. 127 Realizacja zadania - część 2. 127 Realizacja zadania - część 3. 128 Zadanie 17. Spektrogram dźwięku 130 Cel zadania 130 Wstęp 130 Wykres konturowy 135 Obraz rastrowy JPG 136 Realizacja zadania - część 1. 138 Realizacja zadania - część 2. 138 Realizacja zadania - część 3. 139 Realizacja zadania - część 4. 140 Realizacja zadania - część 5. 141 Zadanie 18. Dolnoprzepustowy filtr cyfrowy 142 Cel zadania 142 Wstęp 142 Realizacja zadania - część 1. 146 Realizacja zadania - część 2. 146 Realizacja zadania - część 3. 147 Zadanie 19. Płatek Kocha 149 Cel zadania 149 Wstęp 149 Realizacja zadania - część 1. 152 Realizacja zadania - część 2. 152 Realizacja zadania - część 3. 154 Zadanie 20. Ciąg Fibonacciego 156 Cel zadania 156 Wstęp 156 Realizacja zadania - część 1. 158 Realizacja zadania - część 2. 159 Zadanie 21. Poszukiwanie liczb pierwszych 161 Cel zadania 161 Wstęp 161 Realizacja zadania - część 1. 165 Realizacja zadania - część 2. 166 Realizacja zadania - część 3. 167 Realizacja zadania - część 4. 168 Realizacja zadania - część 5. 169 Zadanie 22. Liczby rzymskie i dziesiętne 171 Cel zadania 171 Wstęp 171 Zamiana liczby dziesiętnej na rzymską 172 Zamiana liczby rzymskiej na dziesiętną 172 Realizacja zadania - część 1. 173 Realizacja zadania - część 2. 174 Zadanie 23. Funkcja Lamberta 175 Cel zadania 175 Wstęp 175 Realizacja zadania - część 1. 177 Realizacja zadania - część 2. 178 Realizacja zadania - część 3. 179 Realizacja zadania - część 4. 181 Realizacja zadania - część 5. 182 Zadanie 24. Kłótliwi goście 184 Cel zadania 184 Wstęp 184 Realizacja zadania - część 1. 187 Realizacja zadania - część 2. 188 Zadanie 25. Kod kreskowy ITF 189 Cel zadania 189 Wstęp 189 Realizacja zadania - część 1. 192 Realizacja zadania - część 2. 193 Realizacja zadania - część 3. 194 Realizacja zadania - część 4. 194 Zadanie 26. Rzut ukośny 196 Cel zadania 196 Wstęp 196 Realizacja zadania - część 1. 199 Realizacja zadania - część 2. 200 Realizacja zadania - część 3. 201 Zadanie 27. Dwójnik reaktancyjny LC 203 Cel zadania 203 Wstęp 203 Realizacja zadania - część 1. 205 Realizacja zadania - część 2. 206 Realizacja zadania - część 3. 206 Zadanie 28. Przestrzenny rozkład gwiazd w gromadzie Plejady 209 Cel zadania 209 Wstęp 209 Tworzenie stereopary 210 Gromada otwarta M45 212 Astronomiczne jednostki miar 212 Realizacja zadania - część 1. 213 Realizacja zadania - część 2. 215 Realizacja zadania - część 3. 216 Zadanie 29. Chaotyczne szyfrowanie obrazów 218 Cel zadania 218 Wstęp 218 Realizacja zadania - część 1. 221 Realizacja zadania - część 2. 224 Realizacja zadania - część 3. 225 Realizacja zadania - część 4. 225 Zadanie 30. Steganografia 227 Cel zadania 227 Wstęp 227 Ukrywanie obrazu 228 Ukrywanie tekstu 229 Konwersja liczb binarnych i dziesiętnych 232 Realizacja zadania - uwagi ogólne 233 Realizacja zadania - część 1. 233 Realizacja zadania - część 2. 234 Realizacja zadania - część 3. 235 Realizacja zadania - część 4. 236 Realizacja zadania - część 5. 237 Realizacja zadania - część 6. 238 CZĘŚĆ II. PRZYKŁADY 241 Przykład 1. Jednostki użytkownika i skalowanie wyniku 243 Przykład 2. Operatory logiczne 246 Przykład 3. Zmienne zakresowe 247 Przykład 4. Tworzenie funkcji użytkownika 249 Przykład 5. Łączenie operacji arytmetycznych i logicznych 251 Przykład 6. Tworzenie wykresów dwuwymiarowych 254 Funkcja o niezdefiniowanym argumencie wejściowym 254 Zmienna zakresowa 255 Wektory danych 256 Macierze danych 256 Wiele krzywych na jednym wykresie 257 Powielanie punktów wstawienia 257 Pomocnicza oś Y 258 Przykład 7. Tworzenie wektorów o zadanym rozkładzie elementów 260 Przykład 8. Wykresy trójwymiarowe i specjalne 262 Wykres opisany trzema wektorami 262 Wykresy opisane pojedynczą macierzą 264 Wykresy opisane trzema macierzami 264 Wykres pola wektorowego opisany macierzą zespoloną 266 Przykład 9. Operator programu i programowanie 268 Zmiennej... przypisz wartość... 270 Uaktualnij wartość zmiennej... 271 Dla każdej wartości zmiennej... z przedziału... wykonaj... 271 Tak długo jak... wykonuj... 272 Jeżeli... to...; w pozostałych przypadkach... 272 Zakończ aktualne wywołanie pętli / działanie pętli / program 275 Jeżeli... spowoduje błąd, to wtedy... 277 Zgłoś błąd 278 Przykład 10. Programowanie rekurencyjne 279 Przykład 11. Solve Block 281 SPIS FUNKCJI WBUDOWANYCH 285 Spis funkcji wbudowanych 287 DODATKI 325 Dodatek A. Przedrostki wielokrotności i podwielokrotności 327 Dodatek B. Szybka transformacja Fouriera 328 Dodatek C. Struktura obrazów rastrowych 333 O autorze: Dr inż. Tadeusz Białoń jest pracownikiem naukowo-dydaktycznym Wydziału Elektrycznego Politechniki Śląskiej w Gliwicach. Jego zainteresowania naukowe obejmują zastosowania teorii sterowania i systemów w napędzie elektrycznym oraz jakość energii elektrycznej w instalacjach oświetleniowych z nowoczesnymi źródłami światła. W swoich badaniach stosuje różne techniki komputerowego wspomagania obliczeń, między innymi przy wykorzystaniu programu Mathcad. Od wielu lat prowadzi również zajęcia dydaktyczne z użyciem tego programu, między innymi w ramach przedmiotów: programy wspomagania obliczeń inżynierskich oraz informatyka w inżynierii elektrycznej.