Пакет для обучения математике 

В Maple имеется пакет student, предназначенный для обучения математике. Он содержит набор функций, предназначенных для выполнения расчетов шаг за шагом, так, чтобы была понятна последовательность действий, приводящих к результату. 

Функция intparts – интегрирование по частям. 

> restart:
with(student):
Int(x*cos(x),x);
intparts(Int(x*cos(x),x),x);
value(%);
 

 

 

Int(`*`(x, `*`(cos(x))), x)
`+`(`*`(x, `*`(sin(x))), `-`(Int(sin(x), x)))
`+`(`*`(x, `*`(sin(x))), cos(x))
 

Интегрирование подстановкой – функция changevar. 

> Int((cos(x)+1)^3*sin(x), x);
ch:=cos(x)+1;
changevar(ch=u, Int((cos(x)+1)^3*sin(x), x), u);
value(%);
subs(u=ch,%);
 

 

 

 

 

Int(`*`(`^`(`+`(cos(x), 1), 3), `*`(sin(x))), x)
`+`(cos(x), 1)
Int(`+`(`-`(`*`(`^`(u, 3)))), u)
`+`(`-`(`*`(`/`(1, 4), `*`(`^`(u, 4)))))
`+`(`-`(`*`(`/`(1, 4), `*`(`^`(`+`(cos(x), 1), 4)))))
 

В примере использована подстановка  cos ( x) + 1 = u. 

Функция subs, синтаксис которой следующий − subs( старое_выражение = новое_выражение, выражение ), использована для возвращения к исходной переменной x. 

> Int(sqrt(1-x^2), x=a...b);
changevar(x=sin(u), Int(sqrt(1-x^2), x=a...b), u);
value(%);
 

 

 

Int(`*`(`^`(`+`(1, `-`(`*`(`^`(x, 2)))), `/`(1, 2))), x = a .. b)
Int(`*`(`^`(`+`(1, `-`(`*`(`^`(sin(u), 2)))), `/`(1, 2)), `*`(cos(u))), u = arcsin(a) .. arcsin(b))
`+`(`-`(`*`(`/`(1, 2), `*`(`^`(`+`(1, `-`(`*`(`^`(a, 2)))), `/`(1, 2)), `*`(a)))), `-`(`*`(`/`(1, 2), `*`(arcsin(a)))), `*`(`/`(1, 2), `*`(`^`(`+`(1, `-`(`*`(`^`(b, 2)))), `/`(1, 2)), `*`(b))), `*`(`/...
 

Использована подстановка x = sin ( u). Заметим, что  пределы интегрирования изменились автоматически. 

Для вычисления двойных и тройных интегралов служат функции Doubleint и Tripleint. 

> Tripleint((r^2*sin(f),r=0..4*cos(f),f=0..Pi/4,t=0..Pi/2)):
%=value(%);
 

Int(Int(Int(`*`(`^`(r, 2), `*`(sin(f))), r = 0 .. `+`(`*`(4, `*`(cos(f))))), f = 0 .. `+`(`*`(`/`(1, 4), `*`(Pi)))), t = 0 .. `+`(`*`(`/`(1, 2), `*`(Pi)))) = `+`(`*`(2, `*`(Pi)))
 

Функции simpson и trapezoid реализуют числовое приближение к интегралу методами Симпсона и трапеций (n − число интервалов). 

> simpson(x^k*ln(x), x=a..b, n);
 

`+`(`/`(`*`(`/`(1, 3), `*`(`+`(b, `-`(a)), `*`(`+`(`*`(`^`(a, k), `*`(ln(a))), `*`(`^`(b, k), `*`(ln(b))), `*`(4, `*`(Sum(`*`(`^`(`+`(a, `/`(`*`(`+`(`*`(2, `*`(i)), `-`(1)), `*`(`+`(b, `-`(a)))), `*`(...
`+`(`/`(`*`(`/`(1, 3), `*`(`+`(b, `-`(a)), `*`(`+`(`*`(`^`(a, k), `*`(ln(a))), `*`(`^`(b, k), `*`(ln(b))), `*`(4, `*`(Sum(`*`(`^`(`+`(a, `/`(`*`(`+`(`*`(2, `*`(i)), `-`(1)), `*`(`+`(b, `-`(a)))), `*`(...
 

> trapezoid(x^k*ln(x), x=a..b, n);
 

`+`(`/`(`*`(`/`(1, 2), `*`(`+`(b, `-`(a)), `*`(`+`(`*`(`^`(a, k), `*`(ln(a))), `*`(2, `*`(Sum(`*`(`^`(`+`(a, `/`(`*`(`+`(b, `-`(a)), `*`(i)), `*`(n))), k), `*`(ln(`+`(a, `/`(`*`(`+`(b, `-`(a)), `*`(i)...
 

Функции leftbox, middlebox и rightbox иллюстрируют интегрирование методами левых, центральных и правых прямоугольников. Необязательный параметр title позволяет задать заголовок рисунка. 

> leftbox(x^4*ln(x), x=2..4, 12, title="Метод левых прямоугольников");
middlebox(x^4*ln(x), x=2..4, 12, title="Метод центральных прямоугольников");
rightbox(x^4*ln(x), x=2..4, 12,title="Метод правых прямоугольников");
 

 

 

Plot_2d
Plot_2d
Plot_2d
 

Функция showtangent строит график функции и касательную в указанной точке. 

> showtangent(x^2+5, x = 5,title="Касательная в точке");
 

Plot_2d