Giáo trình môn học Mathcad được biên soạn dành cho sinh viên ngành Thủy Công và cũng là tài liệu tham khảo cho các sinh viên ngành Môi trường và Xây dựng. Mục đích giáo trình này nhằm hướng đến cho sinh viên ngành Thuỷ Công có thể ứng dụng công nghệ thông tin để giải quyết những bài toán trong chuyên ngành nhanh chóng và hiệu quả. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 1 giáo trình.
Bài giảng môn học MathCad By: KS Huỳnh Vương Thu Minh Bài giảng môn học MathCad By: KS Huỳnh Vương Thu Minh Online: < http://cnx.org/content/col10744/1.1/ > CONNEXIONS Rice University, Houston, Texas This selection and arrangement of content as a collection is copyrighted by KS Huỳnh Vương Thu Minh It is licensed under the Creative Commons Attribution 3.0 license (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/) Collection structure revised: July 29, 2009 PDF generated: October 27, 2012 For copyright and attribution information for the modules contained in this collection, see p 201 Table of Contents Lời nói đầu - Mơn học MathCad Giới thiệu Mathcad 2001i 3 Nhập ký tự công thức Mathcad 2001i 21 MathCad với đại số số học 35 Véc tơ ma trận 45 Các hàm số Mathcad 55 Vẽ đồ thị 73 Lập trình 85 Nhúng kết liệu 91 10 MathCad ứng dụng (phần 1) 101 11 MathCad ứng dụng - phần 129 12 Phụ lục - giáo trình MathCad 195 13 Phụ lục - giáo trình MathCad 197 14 Tài liệu tham khảo - Giáo trình MathCad 199 Index 200 Attributions 201 iv Available for free at Connexions Chương Lời nói đầu - Mơn học MathCad LỜI NÓI ĐẦU Mathcad phần mềm tính tốn mạnh, giao diện thân thiện với WORD, có bảng tính hàm giống EXCEL phần đồ hoạ Ngồi cịn lập trình Mathcad ngơn ngữ lập trình bậc cao Vì Mathcad phù hợp cho kỹ sư việc tính tốn thuyết minh đồ án kỹ thuật Giáo trình mơn học Mathcad biên soạn dành cho sinh viên ngành Thủy Công tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành Môi trường Xây dựng Do đặc thù môn học có tín (1 tín lý thuyết tín thực tập) Tác giả khơng có tham vọng giới thiệu thật đầy đủ chi tiết, mục đích giáo trình nhằm hướng đến cho sinh viên ngành Thuỷ Cơng ứng dụng cơng nghệ thơng tin để giải tốn chun ngành nhanh chóng hiệu Ngồi phần lý thuyết, giảng đưa tập ứng dụng chuyên ngành nhằm giúp sinh viên dễ hiểu Trong thời gian biên soạn, tác giả chân thành cảm ơn giúp đở MSc Trần Văn Hừng, KS.Trần văn Tỷ KS Lâm Văn Thịnh Do kiến thức thời gian có hạn, tài liệu tham khảo giáo trình khơng tránh thiếu sót Rất mong đóng góp chân thành bạn đồng nghiệp sinh viên Tác giả This content is available online at Available for free at Connexions CHƯƠNG LỜI NÓI ĐẦU - MÔN HỌC MATHCAD Available for free at Connexions Chương Giới thiệu Mathcad 2001i CÁC THAO TÁC CẦN THIẾT 2.1 Khởi động Mathcad 2001i Để khởi động Mathcad 2001i, thực theo cách sau: [U+F09F] Nhắp đúp vào biểu tượng • Nhắp vào nút Start/Mathsoft Apps/Mathcad 2001i professional 2.2 Thoát khỏi Mathcad 2001i Để khỏi Mathcad 2001i, thực theo cách sau: • Trên menu : chọn File/Exit • Từ bàn phím: nhấn Alt+F+X • Nhắp vào nút điều khiển 2.3 Lưu trữ 2.3.1 Lưu Worksheet với tên Khi vừa khởi động Mathcad 2001i, muốn lưu trữ lại từ file cũ muốn lưu trữ lại với tên mới, cách sau: • Trên menu: chọn File/Save As • Từ bàn phím: nhấn tổ hợp Alt+F+A Mathcad 2001i mở hộp thoại Save As (hình 1.1) cho phép đặt tên chọn nơi lưu trữ, đó: Mục Save in: chọn thư mục cần lưu trữ (hình 1.1) chọn thư mục Mathcad 2001i Mục File name: nơi đặt tên cho Worksheet Mục Save as type: cho phép lưu trữ Worksheet theo phiên Mathcad dạng Template, This content is available online at Available for free at Connexions CHƯƠNG GIỚI THIỆU MATHCAD 2001I Figure 2.1 Hình 1.1 Hộp thoại Save As Sau đó, nhắp vào nút Save (hoặc gõ Enter) để hoàn tất việc lưu trữ 2.3.2 Lưu Worksheet có tên sẵn • Trên cơng cụ chuẩn: nhắp vào biểu tượng • Từ bàn phím: nhấn tổ hợp Ctrl+S (hoặc Alt+F+S) • Trên menu: chọn File/Save 2.4 Mở Worksheet 2.4.1 Mở Worksheet hoàn tồn • Trên cơng cụ chuẩn: nhắp vào biểu tượng • Từ bàn phím: nhấn tổ hợp Ctrl+N (hoặc Alt+F+N) • Trên menu: chọn File/New Sau đó, hộp thoại New xuất ( hình 1.2) Available for free at Connexions 86 CHƯƠNG LẬP TRÌNH ˆ LỆNH VÒNG LẶP (PROGRAM LOOPS) 8.2 CAU Loop lệnh chương trình dùng để làm cho hay nhiều câu lệnh (nội dung vòng lặp) điều hoạt theo chu trình thoả mãn điều kiện đưa Trong Mathcad có hai loại câu lệnh lặp: 8.2.1 Câu lệnh “for” [U+F05B] Câu lệnh “for” : áp dụng bạn biết xác số lần vịng lặp thực thi Để thực vòng lặp “for” tiến hành theo bước sau: [U+F09F] Kích bên phải khung nhập biểu thức nơi muốn chèn câu lệnh “for” Figure 8.2 [U+F09F] Kích vào nút “for” Math (hoặc từ bàn phím nhấn Ctrl+”) Figure 8.3 [U+F09F] Bên trái gõ biến thay đổi, bên phải nhập dãy số chạy Figure 8.4 Available for free at Connexions 87 [U+F09F] Nhập biểu thức vào khung trống bên Figure 8.5 Ví dụ 1: Tính tổng n số nguyên dương ***SORRY, THIS MEDIA TYPE IS NOT SUPPORTED.*** Ví dụ 2: Tính giai thừa số ***SORRY, THIS MEDIA TYPE IS NOT SUPPORTED.*** 8.2.2 Câu lệnh “while” [U+F05B] Câu lệnh “while” : dùng bạn muốn vòng lặp dừng lại theo điều kiện hành lại khơng biết xác điều kiện xảy Khi dùng câu lệnh lặp, bạn cần phải cắt chúng thành quy trình kiểm sốt tính hoạt động câu lệnh Ví dụ: ***SORRY, THIS MEDIA TYPE IS NOT SUPPORTED.*** 8.3 Câu lệnh ngắt “break” [U+F05B] Câu lệnh “break” : vòng lặp “loop” muốn dừng quy trình điều hoạt câu lệnh lặp • Kích vào khung nhập chương trình muốn đặt câu lệnh “break” Figure 8.6 [U+F09F] Kích vào nút “break” Math (hoặc từ bàn phím nhấn Ctrl+{) Available for free at Connexions 88 CHƯƠNG LẬP TRÌNH Figure 8.7 Khi Mathcad bắt gặp câu lệnh “break” phần thân vòng lặp “for” “while”: [U+F050] Chu trình lặp ngưng điều hoạt trả giá trị tính sau [U+F050] Sau đó, chương trình tiếp tục điều hoạt dịng chương trình sau chu trình Ví dụ: ***SORRY, THIS MEDIA TYPE IS NOT SUPPORTED.*** 8.4 Hiện kết chương trình “return” [U+F05B] Câu lệnh “return” : theo mặc định, chương trình trả lại nằm dịng cuối Tuy nhiên, trả lại giá trị nơi chương trình với câu lệnh “return” Để chèn câu lệnh “return”, thực sau: [U+F09F] Kích vào khung nhập chương trình muốn đặt câu lệnh “return” Figure 8.8 [U+F09F] Kích vào nút “return” Math (hoặc từ bàn phím nhấn Ctrl+|) Ví dụ: Available for free at Connexions 89 Figure 8.9 [U+F09F] Trong vùng trống bên phải câu lệnh “return”, nhập bạn muốn trả Các câu lệnh “return” hữu dụng bạn muốn trả giá trị từ vòng lặp Figure 8.10 8.5 Tìm lỗi chương trình [U+F05B] Câu lệnh “on error” : muốn trả giá trị cần giải Mathcad bắt gặp lỗi chương trình Để chèn câu lệnh “on error”, thực sau: [U+F09F] Kích vào khung nhập chương trình muốn đặt câu lệnh “on error” Available for free at Connexions 90 CHƯƠNG LẬP TRÌNH Figure 8.11 [U+F09F] Kích vào nút “on error” Math (hoặc từ bàn phím nhấn Ctrl+’) Figure 8.12 [U+F09F] Trong vùng trống bên phải câu lệnh “on error”, nhập bạn muốn trả Figure 8.13 [U+F09F] Trong vùng trống bên trái câu lệnh “on error”, nhập bạn muốn trả biểu thức mặc định khơng thể tính Dùng nút lệnh “Add Line” để chèn khung nhập lệnh bổ sung Ví dụ: Figure 8.14 [U+F09F] Biểu thức bên phải tính trả khơng có lỗi xảy Và có lỗi xảy ra, biểu thức bên trái trả BÀI TẬP CHƯƠNG ***SORRY, THIS MEDIA TYPE IS NOT SUPPORTED.*** Available for free at Connexions Chương Nhúng kết liệu 9.1 ĐÔI NÉT VỀ THÀNH PHẦN Những thành phần (Components) cho phép liệu lưu động bảng tính Mathcad nguồn liệu trình ứng dụng khác Dữ liệu đưa vào thành phần từ Mathcad gọi nhập (input) Dữ liệu đưa khỏi thành phần gọi xuất (output) Thành phần nhập xuất chuyển bảng tính Mathcad thành phần theo phương cách Mathcad nhập xuất tham số Những bước áp dụng vào thành phần để hoán chuyển liệu với Mathcad sau: [U+F09F] Chèn thành phần định tham số nhập xuất vào khung nhập liệu trống [U+F09F] Cấu hình thành phần để chúng biết phải thực với đối tượng nhập phải thực với đối tượng xuất [U+F09F] Do có số thành phần nhận riêng đối tượng nhập xuất, bước khác chút thành phần Sau chèn thành phần vào bảng tính Mathcad, điền vào khung nhập số liệu trống cấu hình thuộc tính, kích chuột vào vị trí vùng đối tượng Ngay điểm này, liệu hoán chuyển thay Những thành phần sau dùng Mathcad: [U+F09F] Axum [U+F09F] File Read/Write, dùng để đọc ghi tập tin liệu [U+F09F] Exel [U+F09F] MATLAB [U+F09F] Scriptable Object 9.2 ĐỌC DỮ LIỆU Bạn đưa liệu vào Mathcad cách du nhập chúng từ tập tin, đọc từ tập tin dán từ Clipboard Những phương pháp luộn ln tạo mảng liệu Bạn nhập liệu vào bảng số liệu nhập (input table) mảng 9.2.1 ĐỌC DỮ LIỆU TỪ TẬP TIN DỮ LIỆU Khi muốn đọc liệu từ tập tin liệu Mathcad, dùng thành phần File Read/Write Thành phần File Read/Write cho phép thực việc nối với tập tin liệu, đọc liệu gán liệu vào tham số Mathcad Dữ liệu tự động cập nhật Mathcad chúng thay đổi tập tin liệu Muốn đọc liệu từ tập tin liệu qua cách dùng thành phần File Read/Write [U+F076] Kích vào vùng trống bảng tính This content is available online at Available for free at Connexions 91 92 CHƯƠNG NHÚNG KẾT DỮ LIỆU [U+F076] Từ menu: nhấn Insert/Component (hoặc từ công cụ : nhắp vào biểu tượng ), xuất hộp thoại Component Wizard (hình 8.1) [U+F076] Từ hộp thoại Component Wizard chọn File Read or Write chọn hộp thoại File Read or Write Wizard (hình 8.2) Figure 9.1 Hình 8.1 Hộp thoại ComponentWizard Available for free at Connexions , xuất 93 Figure 9.2 Hình 8.2.File Read or Write Wizard [U+F076] Chọn Read from a file kích vào nút , xuất hộp thoại Wizard (hình 3) Available for free at Connexions 94 CHƯƠNG NHÚNG KẾT DỮ LIỆU Figure 9.3 Hình 8.3.Wizard • Từ danh sách (hình 8.3) chọn loại tập tin muốn đọc nhập đường dẫn tập tin muốn đọc kích vào nút để tìm vị trí tập tin muốn đọc [U+F076] Kích vào nút tập tin liệu (hình 8.4) xuất biểu tượng thành phần File Read or Write dẫn Figure 9.4 Available for free at Connexions 95 Hình 8.4 [U+F076] Trong khung nhập liệu trống nằm bên trái, nhập tên biến Mathcad muốn gán vào số liệu thu nhập [U+F076] Kích chuột vào vùng trống nằm ngồi thành phần trên, tập tin liệu tức khắc đọc liệu gán vào tham số Mathcad Ngay lúc xử lý tham số theo ý muốn Mỗi lần xử lý bảng tính, Mathcad đọc lại liệu từ tập tin chọn kích vào khung nhập liệu (hình 8.4) nhấn Math/Calculate (hoặc nhấn F9) Ví dụ: Đọc số liệu từ bảng Excel (hình 8.5) vào Mathcad Figure 9.5 Hình 8.5 Kết quả: Figure 9.6 ***SORRY, THIS MEDIA TYPE IS NOT SUPPORTED.*** 9.2.2 DÁN DỮ LIỆU TỪ CLIPBOARD Trong vài trường hợp, muốn liệu chứa bảng tính trình ứng dụng khác, khơng muốn du nhập đọc liệu tập tin Mathcad Muốn thực theo cách thực sau: Available for free at Connexions 96 CHƯƠNG NHÚNG KẾT DỮ LIỆU [U+F076] Chọn liệu trình ứng dụng khác dùng lệnh Copy để chép liệu chương trình nguồn [U+F076] Mở chương trình Mathcad, nhập phần xác định biến ***SORRY, THIS MEDIA TYPE IS NOT SUPPORTED.*** [U+F076] Kích vào vùng trống nằm bên phải dấu gán chọn Paste để dán liệu vào Mathcad Ví dụ: ***SORRY, THIS MEDIA TYPE IS NOT SUPPORTED.*** Lưu ý: Nếu thực theo cách này, thay đổi số liệu nguồn số liệu bảng tính Mathcad khơng thay đổi 9.2.3 NHẬP BẢNG SỐ LIỆU (TABLE OF NUMBERS) [U+F076] Kích chuột vào nơi muốn thể bảng tính [U+F076] Từ menu: Chọn Insert/Component (hoặc công cụ : nhắp vào hộp thoại Component Wizard (hình 8.1) [U+F076] Chọn Input Table kích nút , xuất , xuất hộp thoại Wizard (hình 8.6) Figure 9.7 Hình 8.6 Wizard [U+F076] Trong khung trống xuất nơi bên trái (hình 8.7), nhập tên biến Mathcad muốn gán liệu Available for free at Connexions 97 Figure 9.8 Hình 8.7 • Nhập số liệu vào Sau tạo mảng số liệu qua cách dùng bảng nhập, bạn xử lý mảng theo hàm phép tính lặp sẵn Mathcad Lưu ý: [U+F09F] Bạn nhập số vào bảng, khơng thể nhập phương trình tốn học [U+F09F] Trong dòng phải nhập giá trị liệu Nếu để trống Mathcad tự động chèn giá trị không “0” vào [U+F09F] Thay đánh liệu vào ô bảng Bạn dán liệu vào bảng nhập bạn chép liệu từ trình ứng dụng khác cách sử dụng lệnh Paste Table Ví dụ: ***SORRY, THIS MEDIA TYPE IS NOT SUPPORTED.*** 9.2.4 CÁC HÀM LỆNH DU NHẬP TẬP TIN DỮ LIỆU READPRN(“file”): Đọc liệu từ tập tin liệu Khai báo: [U+F09F] file tên tập tin đầy đủ đường dẫn cấu trúc theo tập tin liệu ASCII [U+F09F] file nhập theo dạng chuỗi WRITEPRN(“file”): Ghi mảng liệu vào tập tin Khai báo: [U+F09F] file tên tập tin đầy đủ đường dẫn cấu trúc theo tập tin liệu ASCII [U+F09F] file nhập theo dạng chuỗi APPENDPRN(“file”): Nối mảng vào tập tin Khai báo: [U+F09F] file tên tập tin đầy đủ đường dẫn cấu trúc theo tập tin liệu ASCII [U+F09F] file nhập theo dạng chuỗi [U+F09F] Số cột file phải khớp với số cột mảng [U+F09F] file phải có sẵn thư mục Khơng WRITEPRN, APPENDPRN tạo tập tin mà nối tập tin cũ Lưu ý: WRITEPRN bố trí tập tin ASCII theo dòng cột giống Ma trận gốc Theo mặc định, APPENDPRN nối bốn số cột có chiều rộng tám số Để thay đổi trạng này, từ Math chọn Options kích vào nút hộp thoại Math Options (hình 8.8) để thay đổi thành phần PRNPRECISION PRNCOLWIDTH Available for free at Connexions 98 CHƯƠNG NHÚNG KẾT DỮ LIỆU Figure 9.9 Hình 8.8 Hộp thoại Math Options 9.3 XUẤT DỮ LIỆU Sau dùng Mathcad để thực phép tính, bạn xuất ghi lại kết thành phần tin liệu đưa kết vào Clipboard để dán vào chương trình khác 9.3.1 XUẤT DỮ LIỆU SANG TẬP TIN [U+F076] Đánh dấu (=) để kết biến Nếu kết theo dạng Ma trận, kích đúp vào Ma trận dùng khung thoại Result Format thay đổi thành phần “Table” [U+F076] Kích nút phải chuột vào bảng liệu xuất thể menu xổ [U+F076] Chọn Export để khung thoại Write to File [U+F076] Chọn thể loại tập tin muốn tạo “File of type” Dùng khung thoại để phần trình duyệt muốn tạo tập tin liệu vào thư mục chọn nhập tên tập tin muốn tạo sau đó, “Open” Dữ liệu xuất sang tập tin định Lưu ý: Nếu liệu thay đổi muốn cập nhật liệu tập tin, cần phải xuất lại liệu Available for free at Connexions 99 9.3.2 GHI DỮ LIỆU VÀO TẬP TIN DỮ LIỆU Muốn ghi giá trị từ Mathcad vào tập tin liệu, bạn dùng thành phần File Read/Write Thực sau: [U+F076] Kích vào điểm trống bảng tính [U+F076] Từ menu: nhấn Insert/Component (hoặc nhấn vào biểu tượng [U+F076] Chọn File Read or Write từ danh sách kích khung cửa sổ hướng dẫn File Read or Write Setup Wizard Điều chuyển bạn sang [U+F076] Chọn “Write to a data source” kích để chuyển đến khung cửa sổ hướng dẫn Wizard thứ hai [U+F076] Từ danh mục xổ File Format Wizard, chọn loại tập tin liệu muốn ghi [U+F076] Nhập tên đường dẫn cho tập tin muốn ghi kích nút lệnh ghi tập tin để tìm vị trí muốn , xuất biểu tượng thành phần File Read or Write đường dẫn [U+F076] Kích nút tập tin liệu [U+F076] Trong khung trống bên thành phần, nhập tên biến Mathcad có chứa liệu ghi vào tập tin liệu [U+F076] Khi kích nút chuột vào bên ngồi khung nhập biến, giá trị tham biến Mathcad ghi theo tập tin định Mỗi lần bạn tính lại bảng tính, liệu lại cập nhật 9.3.3 TRAO ĐỔI DỮ LIỆU VỚI EXCEL Các thành phần Excel cho phép bạn: [U+F09F] Du nhập liệu từ Mathacd vào tập tin Excel, kích đúp vào thành phần Excel để dùng lệnh chức từ Excel [U+F09F] Chuyển số liệu từ Excel vào Mathcad cách: [U+F050] Bảo đảm hệ thống bạn có cài chương trình Microsoft Excel 7.0 phiên cao hơn, không thiết phải điều hoạt [U+F050] Kích vào vùng trống bảng tính Nếu bạn muốn xuất số liệu sang thành phần từ biến xác lập bảng tính Mathcad, bảo đảm bạn kích vào bên bên phải thành phần xác định biến [U+F050] Chọn Insert/Component, xuất hộp thoại Component Wizard (hình 8.6) [U+F050] Chọn Excel từ danh sách kích Điều chuyển bạn sang khung cửa sổ hướng dẫn Excel Setup Wizard Điền vào thành phần khung thoại kích Wizard chuyển đến khung thoại theo thành phần chọn [U+F050] Khi kết thúc, bạn thấy phần Excel bảng tính với khung nhập số liệu cho biến nhập xuất Gán biến nhập vào khung nhập số liệu nằm nhập biến xuất vào khung nhập số liệu nằm bên trái dấu gán [U+F050] Khi kích bên ngồi khung nhập liệu, biến nhập chuyển từ Mathcad sang Excel phạm vi ô chuyển từ Excel ngược Mathcad để gán biến xuất Sau xác lập biến xuất, bạn xử lý chúng theo hàm lệnh phép tính Mathcad Ví dụ: Từ Mathcad đọc số liệu φtc bảng tính Excel Trong bảng tính Excel lập hàm nội suy hệ số A, B, D dựa vào φtc , sau xuất số liệu bảng tính Mathcad ***SORRY, THIS MEDIA TYPE IS NOT SUPPORTED.*** BÀI TẬP CHƯƠNG Số liệu trạm A B nhập ma trận để gọi vào bảng tính Excel Available for free at Connexions 100 CHƯƠNG NHÚNG KẾT DỮ LIỆU A B C D E F G H I J K STT Năm Trạm A(x) Trạm B(y) Kxi Kyi Kxi-1 Kyi-1 (kxi1)2 (Kyi1)2 (Kxi1)*(Kyi1) 1950 352 123 xi/xtb 1951 456 354 1952 897 754 1953 123 100 1954 741 654 1955 963 845 1956 741 632 1957 852 741 10 1958 369 256 11 10 1959 123 110 T1= T2= T3= 12 xtb= yi/ytb ytb= Table 9.1 a Xuất giá trị từ bảng Excel sang Mathcad: xtb, ytb, T1, T2, T3 b Tính hệ số tương quan: ***SORRY, THIS MEDIA TYPE IS NOT SUPPORTED.*** c Kiểm tra: Nếu n>9 : Trạm A Trạm B có tương quan, ngược lại không tương quan Available for free at Connexions ... 13 Figure 2 .11 Available for free at Connexions 14 CHƯƠNG GIỚI THIỆU MATHCAD 2001I Figure 2 .12 2.5.3 2.5.4 Thanh công... 17 Figure 2 .17 Figure 2 .18 Available for free at Connexions 18 CHƯƠNG GIỚI THIỆU MATHCAD 2001I 2.6 .1 Thanh trạng thái (Status bar) (hình1 .19 ) Figure 2 .19 ... dụ: z2 - xz + x2z2 + 2z -1 cho kết (x2 +1) z2+(-x+2)z -1 [U+F076] Symbolics/Polynomial Coefficient: tìm hệ số đa thức ***SORRY, THIS MEDIA TYPE IS NOT SUPPORTED.*** Ví dụ: ( 1- x)(x2+2) -3 x -1 cho