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实验指导书2 一元函数积分学及空间图形的画法
项目二 一元函数积分学与空间图形的画法
实验1 一元函数积分(基础实验)
实验目的 掌握用Mathematica计算不定积分与定积分的方法. 通过作图和观察, 深入理解
定积分的概念和思想方法. 初步了解定积分的近似计算方法. 理解变上限积分的概念. 提高应用
定积分解决各种问题的能力.
基本命令
1.计算不定积分与定积分的命令Integrate
求不定积分时, 其基本格式为
Integrate[f[x],x]
如输入 Integrate[x^2+a,x]
则输出
其中a是常数. 注意积分常数C被省略.
求定积分时, 其基本格式为
Integrate[f[x],{x,a,b}]
其中a是积分下限, b是积分上限.
如输入 Integrate[Sin[x],{x,0,Pi/2}]
则输出 1
注:Mathematica有很多的命令可以用相应的运算符号来代替. 例如,命令Integrate可用积分号
代替, 命令Sum可以用连加号代替, 命令Product可用连乘号代替. 因此只要调出这些运
算符号, 就可以代替通过键盘输入命令. 调用这些命令,只要打开左上角的File菜单,点击Palettes
中的BasicCalculations, 再点击Calculus就可以得到不定积分号、定积分号、求和号、求偏导数
号等等. 为了行文方便, 下面仍然使用键盘输入命令, 但读者也可以尝试用这些数学符号直接计算.
2.数值积分命令NIntegrate
用于求定积分的近似值. 其基本格式为
NIntegrate[f[x],{x,a,b}]
如输入 NIntegrate[Sin[x^2],{x,0,1}]
则输出 0.310268
3.循环语句For
循环语句的基本形式是
For[循环变量的起始值, 测试条件, 增量, 运算对象]
运行此命令时, 将多次对后面的对象进行运算, 直到循环变量不满足测试条件时为止. 这里必须
用三个逗号分开这四个部分. 如果运算对象由多个命令组成, 命令之间用分号隔开.
例如, 输入
t=0;
For[j=1,j=10,j++,t=t+j];
t
则循环变量j从取值1开始, 到10结束. 每次增加1. 执行结果, 输出变量t的最终值1+2+…
+10=55.
注:For语句中的 j++ 实际表示j=j+1.
实验内容
用定义计算定积分
当在上连续时, 有
因此可将
与
作为的近似值. 为了下面计算的方便, 在例1.1中定义这两个近似值为和n的函
数.
例1.1 计算的近似值.
输入
s1[f_,{a_,b_},n_]:=N[(b-a)/n*Sum[f[a+k*(b-a)/n],{k,0,n-1}]];
s2[f_,{a_,b_},n_]:=N[(b-a)/n*Sum[f[a+k*(b-a)/n],{k,1,n}]];
再输入
Clear[f];f[x_]=x^2;
js1=Table[{2^n,s1[f,{0,1},2^n],s2[f,{0,1},2^n]},{n,1,10}];
TableForm[js1,TableHeadings-{None,{ n, s1, s2}}]
则输出
n s1 s2
2 0.125 0.625
4 0.21875 0.46875
8 0.273438 0.398438
16 0.302734 0.365234
32 0.317871 0.349121
64 0.325562 0.341187
128 0.329437 0.33725
256 0.331383 0.335289
512 0.332357 0.334311
1024 0.332845 0.333822
这是的一系列近似值. 且有
不定积分计算
例1.2 求
输入
Integrate[x^2*(1-x^3)^5,x]
则输出
例1.3 求
输入
Integrate[x^2*ArcTan[x],x]
则输出
定积分计算
例1.4 求
输入
Integrate[Abs[x-2],{x,0,4}]
则输出
4
例1.5 求
输入
Integrate[Sqrt[4-x^2],{x,1,2}]
则输出
例1.6 求
输入
Integrate[Exp[-x^2],{x,0,1}]
则输出
其中Erf是误差函数, 它不是初等函数. 改为求数值积分, 输入
NIntegrate[Exp[-x^2],{x,0,1}]
则有结果
0.746824.
变上限积分
例1.7 求
输入
D[Integra
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