计算机仿真实验教案

实验一MATLAB基本操作（验证性实验）

一、本次课主要内容

1．熟悉MATLAB基本的操作界面。

2．掌握MATLAB中变量、数组、向量和矩阵等对象的生成和基本基本运算方法。

二、教学目的与要求

1．熟悉MATLAB基本的操作界面。

2．掌握MATLAB中变量、数组、向量和矩阵等对象的生成和基本基本运算方法。

三、教学重点难点

MATLAB中变量、数组、向量和矩阵等对象的生成和基本基本运算方法。

四、教学方法和手段

课堂讲授、提问、讨论；使用多媒体教学方式。

五、作业与习题布置

思考题

实验一MATLAB基本操作（验证性实验）

一、实验目的

1．熟悉MATLAB基本的操作界面。

2．掌握MATLAB中变量、数组、向量和矩阵等对象的生成和基本运算方法。

3．掌握MATLAB中绘图的基本操作。

4．掌握MATLAB中的常用帮助命令使用方法

二、实验原理

1．常见数学函数

表1-1 常见数学函数

2、系统的在线帮助

（1）help 命令：

1）当不知系统有何帮助内容时，可直接输入help以寻求帮助:

>> help（回车）

2）当想了解某一主题的内容时，如输入：

>> help syntax （了解Matlab 的语法规定）

3）当想了解某一具体的函数或命令的帮助信息时，如输入：

>> help sqrt （了解函数sqrt 的相关信息）

（2）lookfor 命令

现需要完成某一具体操作，不知有何命令或函数可以完成，如输入：>> lookfor line （查找与直线、线性问题有关的函数）

3．常量与变量

系统的变量命名规则：变量名区分字母大小写；变量名必须以字母打头，其后可以是任意字母，数字，或下划线的组合。此外，系统内部预先定义了几个有特殊意义和用途的变量，见表1-2：

表1-2 特殊的变量、常量

（1）数值型向量（矩阵）的输入

1）任何矩阵（向量），可以直接按行方式输入每个元素：同一行中的元素用逗号（，）或者用空格符来分隔；行与行之间用分号（；）分隔。所有元素处于一方括号[ ]内。

2）系统中提供了多个命令用于输入特殊的矩阵：

表1-3 特殊矩阵函数

注：上面函数的具体用法，可以用帮助命令help 得到

（2）符号向量（矩阵）的输入

1）用函数sym定义符号矩阵：

函数sym实际是在定义一个符号表达式，这时的符号矩阵中的元素可以是任何的符号或者是表达式，而且长度没有限制。只需将方括号置于单引号中。

2）用函数syms 定义符号矩阵

先定义矩阵中的每一个元素为一个符号变量，而后像普通矩阵一样输入符号矩阵。

4．数组（矩阵）的点运算

运算符：+（加）、-（减）、./（右除）、.\（左除）、.^（乘方），

5．矩阵的运算

运算符：+（加）、-（减）、*（乘）、/（右除）、\（左除）、^（乘方）、’（转置）等；

常用函数：det（行列式）、inv（逆矩阵）、rank（秩）、eig（特征值、特征向量）、rref（化矩阵为行最简形）

6．平面绘图

（1）MATLAB 能绘制非常丰富的平面图形，以下是一些常用的MATLAB 绘图函数，以绘制不同平面图元和实现不同的平面图形绘制功能：

表1-4 常见绘图命令

（2）MATLAB提供了丰富的绘图点型，线型和颜色如表1-5所示。

表1-5 常见的点型，线型和颜色

（3）MATLAB 提供了其它的各种二维函数图如表1-6所示。

表1-6 其它二维图形函数

三、实验仪器设备与器材

计算机，MATLAB 语言环境

四、实验内容与步骤：

1．输入 A=[7 1 5；2 5 6；3 1 5]，B=[1 1 1; 2 2 2; 3

3 3]，在命令窗口或M 文件中执行下列表达式，掌握其含义：

A(2, 3) A(:,2) A(3,:) A(:,1:2:3) A(:,3).*B(:,2) A(:,3)*B(2,:) A*B A.*B

A^2 A.^2 B/A

B./A

2. 先求下列表达式的值，然后显示MATLAB 工作空间的使用情况

并保存全部变量。

（1）

2114sin

2e pi

z +=； （2）⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=++=545.0212),1ln(2122i x x x z 其中；

（3）,2

3.0ln )3.0sin(23.03.03a a e e z a a +++-=- 0.3,9.2,8.2,....,8.2,9.2,0.3---=a ；

（4）⎪⎩⎪⎨⎧<≤+-=<≤-<≤=32,125

.2:5.0:0,21,110,2224t t t t t t t t z 其中

3．输入 C=1:2:20，则C （i ）表示什么？其中 i=1,2,3, (10)

4．练习把 y = sin( x ) / x ， z = cos(x ) ， u = 2 sin( x ) ， v = sin( x ) / cos( x ) 在 [0 , 2 pi ] 区间内的四个子图分别用不同的颜色、 点型和线型绘制在同一个窗口中， 并给其中加上纵坐标,标题、图例和网格线。

5．建立一个55⨯矩阵，求其行列式值、迹、秩和范数。

6．下面是一个线性方程组：

⎥⎥⎥⎦⎤⎢

⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡52.067.095.06/15/14/15/14/13/14/13/12/1321x x x （1）求方程的解；

（2）将方程右边向量元素3b 改为0.53，再求解，并比较3b 的变化和解的相对变化；

（3）计算系数矩阵A 的条件数并分析结论。

五、实验结果（或数据）与分析

1．根据实验内容中第1和3部分实验结果，分析总结矩阵和数组中各元素提取的命令。

2．根据实验内容中第1部分实验结果，分析总结矩阵运算和矩阵的点运算之间的区别。

3．根据实验内容中第2部分实验结果，分析总结MATLAB 中基本数学表达式计算的方法。

4．根据实验内容中第4部分实验结果，分析总结MATLAB 中二维绘图的基本操作。

5．根据实验内容中第5、6部分实验结果，分析总结MATLAB 中矩阵函数运算的基本操作实现和应用。

六、实验总结与思考

1．写明实验目的，实验原理，实验仪器设备和器材，实验内容和步