表計算ソフトウェアExcelでは数値計算で解を求めることはできても,数学のように数式を使った解を求めることはできない.Mathematicaは数式処理をするソフトウェアである.
スタート・メニュー→プログラムから,Mathematicaを探して起動.
起動したら白紙が表示される.ここに,
3 + 8と打ち込んで,キーボード右端にあるテンキーのエンターキーを押す(または,シフトキーを押しながらエンターキーを押す).エンターキーだけでは改行されるだけで答が出ないので注意.
Out[1]= 11と表示される.以下,入力する文字は太い文字で,コンピュータが返す答は細い文字で示す.Out[1]というのは,起動後の1番目の結果出力ということであり,番号は使う人によって違う場合があるので,以下[ ]内の数字は省略する.また,入力した式にも,対応した番号でIn[1]=という表示が出るが,これも省略する.
5 * 6 Out[ ]= 30割り算は少し違う.
3 / 4 3 Out[ ]= - 4と分数表示される.数値の答がほしい場合には,
N[3/4] Out[ ]= 0.75とする.N[ ]というのは,他にも数値解が欲しいときに使う.
Mod[4, 3] Out[ ]= 14を3で割った余りを求めている.
2^4 Out[ ]= 16累乗には^記号を使う.2の4乗の計算.
Sqrt[2] Out[ ]= √2Sqrtというのは,Square Rootの略でルートを求める関数.関数や命令の最初の文字は大文字.この数値解が欲しいときには,Sqrt[ ]とN[ ]とを組み合わせる.
N[ Sqrt[2] ] Out[ ]= 1.41421もっと詳細な解が欲しいときには,有効数字の桁数を指定することができる.
N[ Sqrt[2], 10 ] Out[ ]= 1.414213562これで,10桁まで求めることができる.100桁でも可能.
N[ Pi ] Out[ ]= 3.14159Piは円周率パイ(π)であり,これも,N[Pi,50]のように50桁でも何桁でも表示させることができる.
N[ Pi, 50 ] Out[ ]= 3.1415926535897932384626433832795028841971693993751
Sin[ Pi/6 ] 1 Out[ ]= - 2三角関数は,Sin[ ], Cos[ ], Tan[ ], ArcSin[ ], ArcCos[ ], ArcTan[ ]など.
FactorInteger[ 24 ] Out[ ]= {{2,3},{3,1}}FactorIntegerは素因数分解をする命令.24の素因数分解をして,2の3乗と3の1乗の積であることを表示している.
Expand[ ]:展開してカッコをはずす命令
Factor[ ]:因数分解
Simplify[ ]:次数の小さい方からの整頓
Expand[ (2a+b)2 ] Out[ ]= 4 a2 + 4 a b + b2式が展開される.
Factor[ % ] Out[ ]= (2a+b)2%記号は,直前の結果を表す.ここでは展開した結果の(4 a2 + 4 a b + b2)を表している.
Factor[x^5+x^4+x+1] Out[ ]= (1+x)(1+x4)Simplifyは式を整理したい時などに便利.
Simplify[2x^2+3x+4x^2+4x] Out[ ]= x (7+6 x)
Dt[3x+2x^2+Sin[x], x] Out[ ]= 3+4 x+Cos[x]3x+2x2+Sin[x]をxで微分した結果が表示される. (Dtが常微分,Dが偏微分)
Integrate[3+4x+Cos[x], x] Out[ ]= 3x+2x2+Sin[x]xで積分した元の関数が表示される.ただし,積分定数は表示されない.
Integrate[2+3x^2, {x,0,1}] Out[ ]= 3のように,積分範囲(この場合0から1まで)を変数とともに{}の中で定義.
関数の解を求めるには,Solveという命令を使う.等号には==と,=を2つ続けて使う. f(x)=0という関数をxについて解くには,Solve[f[x]==0, x]とする.
Solve[x^2+4x+7==0, x] Out[ ]= {{x→-2-I√3}, {x→-2+I√3}}これは,xの解が2つあることを示しており,Iは虚数記号.
一方,NSolveという命令を使えば,
NSolve[x^2+4x+7==0, x] Out[ ]= {{x→-2.-1.73205I}, {x→-2.+1.73205I}}と,数値解を求めることができる.
連立方程式を解くこともできる.x+y=4と2x+y=9との連立方程式を解くには,解きたい式を{ }でくくり,xとyという解きたい変数も{ }でくくって指定する.
Solve[ {x+y==4, 2x+y==9}, {x, y} ] Out[ ]= {{x → 5,y → -1}}
微分方程式の解を求めるには,DSolveを使う.独立変数xに対して,y[x]という関数があり,そのy[x]の微分方程式を解くには,次のようにする.y'[x]というのは,y[x]のxに関する微分を表す.
DSolve[ y[x]y'[x]==1, y[x], x ] Out[ ]= {{y[x] → - √2 √(x + C[1])}, {y[x] → √2 √(x + C[1])}}
三角関数の解は,FindRootという命令を使う.三角関数を使ったf(x)=0という式をxについて解くには,初期値x0を与えて,FindRoot[ f(x)==0, {x, x0} ]という形式で解く.
FindRoot[ Sin[x](1-Cos[x])==1, {x, 1} ] Out[ ]= {x → 1.5708}初期値として何を与えるかは,次に説明する方法でグラフを描いて確かめればよい.
Plot[ 式, {x, 最小値, 最大値} ]という形式で,グラフを描くことができる.
Plot[ Sin[x](1-Cos[x])-1, {x, 0, 2} ]
Plot[{Sin[x], Sin[2x]}, {x, 0, 2Pi}]
Plot3D[ Sin[x * y], {x,0,4}, {y,0,4} ]
わからないことがあれば,ヘルプを見る.参考書も多く出版されている.
課題提出について
上記練習問題を解いて答を送信せよ.
To: <授業中に指定>
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Subject: <授業中に指定>
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半角数字で打ち,半角スペースを1つ入れて,
日本語モードにして漢字氏名を打つ.
名字と名前は続けて書くこと.
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0000000000-0 建設環太郎
練習問題の答