Maple

MAPLE是一个符号计算和数值计算软体平台。

**总览**

**核心功能**
用户能够直接使用传统数学符号进行输入，也可以定制个性化的界面。对于数值计算有额外的支持，能够扩展到任意精度，同时亦支持符号演算及可视化。符号演算的例子参见下文。Maple内建有一种动态的命令行风格的编程语言，该语言支持具有作用域的变量。同时亦有其他语言的接口（C、FORTRAN、Java、Matlab和Visual Basic）。还具有与Excel进行交互的接口。

**架构**
Maple由一个很小的由C语言编写的内核提供Maple语言。许多功能由各种来源的函数库提供。许多数值计算由NAG数值计算库, ATLAS库, GNU多精度库提供。大部分库由Maple语言编写，并且可查看源代码。
Maple中不同的功能需要不同格式的数值数据。符号表达式在内存中以有向无环图的形式存储。标准界面和计算界面由Java语言编写。经典界面由C语言编写。

**版本**

**Maple代码示例**
简单指令式程序的构造：
myfac := proc(n::nonnegint)
local out, i;
out := 1;
for i from 2 to n do
out := out * i
end do;
out
end proc;
一些简单的函数也可以使用直观的箭头表示法表示
myfac := n -> product( i, i=1..n );

**开方**
evalf100(2^1/12)
1.059463094359295264561825294946341700779204317494185628559208431458761646063255722383768376863945569
400px

**求根**
f:=x^2-63*x+99=0;
solve(f,x);
, 
f := x^7+3*x = 7;
solve(f,x);                    
             RootOf(, index = 1),
             RootOf(, index = 2),
             RootOf(, index = 3),
             RootOf(, index = 4),
             RootOf(, index = 5),
             RootOf(, index = 5),
             RootOf(, index =7),
evalf(%);- (1.1922047171828134), -    (0.8658388666792263) + (0.9230818802764879) I, -    (0.2099602786426775) + (1.3442579297631496) I, -    (1.2519809466279554) + (0.6424819505558892) I, -    (1.2519809466279554) - (0.6424819505558892) I, -    (0.2099602786426775) - (1.3442579297631496) I, -    (0.8658388666792263) - (0.9230818802764879) I
f := sin(x)^3+5*cosh(x) = 0;

> solve(f, x);

RootOf(
> evalf(%);
                  0.2873691672 - 1.111497506 I

**求解方程和不等式**
根据，寻找的所有实数解。
solve({x-y > 6, (x+y)^5 = 9}, x, y);
答案：

**方程组**
代数方程组
> p1 := x*y*z-x*y^2-z-x-y; p2 := x*z-x^2-z-y+x; p3 := z^2-x^2-y^2;
> sys := {p1, p2, p3};
> var := {x, y, z};
                       
> solve(sys, var);
:      {x = 0, y = y, z = -y}, {x = 3, y = 4, z = 5}, {x = 1, y = 0, z = -1}
三角方程组
> f1 := cos(x)+sin(3*y)+tan(5*z) = 0;
                
> f2 := cos(3*z)+tan(3*y^2)-sin(2*z^3) = 33;
> f3 := tan(4*x+y)-sin(5*y-4*z) = 2*x;
           
> sys1 := {f1, f2, f3};
         > var1 := {x, y, z};
                           {x, y, z}
> fsolve(sys1, var1);
     {x = -10.77771790, y = -2.397849343, z = -7.382158103}

**超几何函数**

**矩阵与行列式**
计算矩阵的行列式。
M:= Matrix();  # 矩阵样例
 
with(LinearAlgebra)
m:=Determinant(M);
答案：
朗斯基行列式
with(VectorCalculus);
w:=Wronskian(1,x,x^3+x-1,x)
Matrix(3, 3, {(1, 1) = 1, (1, 2) = x, (1, 3) = x^3+x-1, (2, 1) = 0, (2, 2) = 1, (2, 3) = 3*x^2+1, (3, 1) = 0, (3, 2) = 0, (3, 3) = 6*x})
d:=Determinant(w);
                6x
雅可比矩阵
J := Jacobian(r*sin(t)), r^2*cosh(t), r, t);
m:=Matrix(2, 2, {(1, 1) = cos(t), (1, 2) = -r*sin(t), (2, 1) = sinh(t), (2, 2) = r*cosh(t)})
d:=Determinant(m);
sin(t)*r^2*sinh(t)-2r^2cos(t)cosh(t)
海森矩阵
f := x^3+y*cos(x)+t*tan(y))
with(VectorCalculus);
h:=hessian(f,x,y,t);

**积分**
求.
int(cos(x/a), x);
答案：
求.
int(sin(x/a), x);
答案：
注意：Maple在积分时不提供常数项C，必须自行补上。
定积分
> int(cos(x/a), x = 1 .. 5);

           16 a sin（1/a)* cos^4(1/a) - 12 a sin^2(1/a)

**求解线性微分方程**
计算以下线性常微分方程的一个精确解初始条件为
dsolve( {diff(y(x),x,x) - 3*y(x) = x, y(0)=0, D(y)(0)=2}, y(x) );
答案：

**非线性常微分方程**
dsolve(diff(y(x), x, x) = x^2*y(x))
解：
BesselI(,)
+BesselK(,)

**级数展开**
series(tanh(x),x=0,15)


f:=int(exp^cosh(x),x)
series(f,x=0,15);



**拉普拉斯变换**
with(inttrans);
拉普拉斯变换
> f := (1+A*t+B*t^2)*exp(c*t);


> laplace(f, t, s);
反拉普拉斯变换
invlaplace(1/(s-a),s,x)
z := y(t);
::        y(t)
f := diff(z, t, t)+a*(diff(z, t)) = b*z;


with(inttrans);

g := laplace(f, t, s);
                                   
  s^2*laplace(y(t), t, s) - D(y)(0) - s y(0)

    + a s^2 laplace(y(t), t, s) - a y(0) = b laplace(y(t), t, s)
 invlaplace(g, s, t);

**傅里叶变换**
with(inttrans);
fourier(sin(x),x,w)
*(Dirac(w-1)+Dirac(w+1))

**绘制单变量函数图形**
绘制函数，
plot(x*sin(x),x=-10..10);
300px

**绘制双变量函数**
绘制函数，和的范围为 -1到1
plot3d(x^2+y^2,x=-1..1,y=-1..1);
300px

**绘制函数动画**
二维动画
with(plots);
animate(subs(k = .5, f), x = -30 .. 30, t = -10 .. 10, numpoints = 200, frames = 50, color = red, thickness = 3);
三维动画
with(plots)
animate3d(cos(t*x)*sin(3*t*y), x = -Pi .. Pi, y = -Pi .. Pi, t = 1 .. 2)

**求解偏微分方程组**
求解偏微分方程组



条件为.
eqn1:= diff(v(x, t), x) = -u(x,t)*v(x,t):
eqn2:= diff(v(x, t), t) = -v(x,t)*(diff(u(x,t), x))+v(x,t)*u(x,t)^2:
eqn3:= diff(u(x,t), t)+2*u(x,t)*(diff(u(x,t), x))-(diff(diff(u(x,t), x), x)) = 0:
pdsolve({eqn1,eqn2,eqn3,v(x,t)0},u,v): op(%);
答案： 

**积分方程**
寻找函数满足积分方程 
.
eqn:= f(x)-3*Integrate((x*y+x^2*y^2)*f(y), y=-1..1) = h(x):
intsolve(eqn,f(x));
答案：

**注释**
现在，MATLAB已改用MuPAD替代了matlab的Maple符号计算内核。

**参考文献**
何青  王丽芬编着《Maple教程》  科学出版社  2010 ISBN 9787030177445
*David Betounes, Partial Differential Equations for Computational Science: With Maple and Vector Analysis Springer, 1998 ISBN 9780387983004
*George Articolo Partial Differential Equations & Boundary Value Problems with Maple V Academic Press 1998 ISBN 9780120644759

**外部链接**
  Maple主页 date=20170305022110 

**参见**
Maxima
*MATLAB
*GNU Octave
*Scilab
*Mathematica