1994年中国科学技术大学是国内最早为本科生开设符号计算语言mathematica课程的两个高校之一,现作为数学学院和全校本科生公共选修课,已有近30届的学生选修了本课程。部分学生已将Mathematica作为学习工具用在高等数学、数学实验和专业课程学习、数学模型竞赛、大学生研究计划和毕业论文中。2009年“符号计算系统软件”评为安徽省精品课程。2010年“符号计算研究和实践”获安徽省教学成果一等奖。
本课程的内容一方面按照数学内容的进程,从初等数学到高等数学,介绍如何调用Mathematica的函数做初等数学、微积分、线性代数和微分方程中的计算题,验证数学公式的推导,演示函数和数据图形,她给学生提供了重温高等数学的机会,激发学生探索数学问题的兴趣,让高年级本科生和研究生在专业课学习中“会用”和“用好”高等数学;另一方面按照计算机语言的结构,从简单的命令行输入到构建复杂的序包,学习过程编程和函数编程。
用系统函数做初等数学和高等数学的计算题,包括因式分解、多项式化简、求导、积分、幂级数展开、求解方程组、计算特征值和特征向量等运算;
绘制二元和三元函数作图、数据作图、图元作图;
用自定义函数、条件、循环完成简单程序设计。
第1讲 绪论
1-1 符号计算系统简介
1-2 常用上机操作
第2讲 Mathematica的基本量
2-1 数的表示及其函数
2-2 列表生成
2-3 列表相关函数
2-4 符号表达式
2-4-1 符号表达式1
2-4-2 符号表达式2
第3讲 初等函数
3-1 多项式运算
3-2 表达式化简和三角函数运算
3-2-1 三角函数运算
3-2-2 表达式化简
3-3 解方程组运算
第4讲 微积分
4-1 求极限
4-2 微商和微分
4-3 不定积分和定积分
4-4 级数
4-5 微分方程
第5讲 线性代数
5-1 矩阵的定义
5-2 矩阵的基本运算
5-3 矩阵的特殊运算
第6讲 在Mathematica 中作图
6-1 一元作图函数
6-1-1 Plot 简介
6-1-2 二维图元选项
6-2 二元参数函数
6-3 二元作图函数
6-3-1 Plot3D 命令
6-3-2 三维图元选项
6-4 三维参数、极坐标、球坐标作图
6-4-1 三维参数作图
6-4-2 极坐标和球坐标作图
6-5 数据绘图
6-5-1 二维数据绘图
6-5-2 三维数据绘图
6-6 图元绘图
6-6-1 二维图元绘图
6-6-2 三维图元绘图
6-7 图形动画
6-8 播放声音
6-9 等值线和密度图
6-10 与数学相关的作图
6-10-1 与数学相关的作图函数1
6-10-2 与数学相关的作图函数2
第7讲 自定义函数和模式替换
7-1 自定义函数
7-1-1 自定义函数
7-1-2 给模式附加条件
7-2 模式替换
7-2-1 模式替换1
7-2-2 模式替换2
7-3 重复模式、纯函数
7-3-1 重复模式
7-3-2 纯函数
7-4 函数的属性与属性定义
第8讲 程序设计
8-1 条件结构
8-1-1 条件结构1
8-1-2 条件结构2
8-2 循环结构
8-2-1 循环结构1
8-2-2 循环结构2
8-3 程序模块
8-3-1 程序模块
8-3-2 例题
*8-4 程序包
微积分、线性代数和一门高级语言(例如,C语言)。
通过视频学习,完成测试和作业,到达课程要求后,可以获得课程主讲教师签名颁发的合格证书
总分以百分计 = 60%单元检测+10%单元作业+20%期末考试+10%课程讨论
总分60分以上即获得合格证书,总分85分以上为优秀。
说明:
1、单元作业在提交后需要同学们互评的,设置的互评份数是5份,如果未参加互评罚分50%,未完成互评罚分20%。
2、讨论的10分只对课程讨论区有效,获取满分需要在“课堂讨论”中回复10条
参考资料
张韵华、王新茂,Mathematica 7 实用教程(第2版),中国科学技术大学出版社,2014.8
关于软件版本选择:
原则上任意版本都可以,因为Mathematica系统的兼容性良好:高版本文件可以在低版本系统中运行,低版本文件也可以在高版本系统中运行。系统中大部分常用命令从1.0版到11.0版都没有改变,例如:Factor(因式分解)、Integrate(积分)、Solve(求解方程)、ParametricPlot(二维参数作图)等。
高版本与低版本相比,高版本扩充了很多命令和对原有命令增加了选项。例如,在10.3版中有画分形图朱莉娅集的Julia命令和画曼德尔布罗特集的Mandelbrot命令。另外,在不同版本的程序中,注意有时会因个别字符的格式引起的不兼容,例如:箭头符号“→”,处理也很简单,请先删除“→”,再重新输入“->”。