第 1 章 wxMaxima 基本語法入門¶

本章將介紹使用 wxMaxima 進行最基本的計算方式,包括變數、指派、基本運算、常見指令,以及錯誤訊息的辨識。完成本章後,你能將 wxMaxima 當作一個比「計算機」更強大的數學工具。


1.1 輸入算式與執行方式¶

wxMaxima 使用「輸入區塊(Input Cell)」撰寫指令。每次執行後會產生一個輸出結果。

▶ 執行指令¶

  • 按 Shift + Enter:執行目前的輸入。

  • 按 Enter:單純換行。

範例:

In [1]:
1 + 2;
Out[1]:
\[\tag{${\it \%o}_{0}$}3\]

1.2 變數與指派:x:3;¶

變數是 CAS 中的重要概念,你可以將數字或表達式「存」進變數。

指派變數的語法是:

變數 : 值;

▶ 範例:指派與使用¶

In [2]:
x:3;
x + 5;
Out[2]:
\[\tag{${\it \%o}_{1}$}3\]
Out[2]:
\[\tag{${\it \%o}_{2}$}8\]

▶ :(指派)與 =(方程式)的差別¶

  • x:3; 表示「把 3 放進 x 裡」。

  • x = 3; 表示「x 等於 3」,這是方程式,可以拿去用 solve() 指令來解方程式。

範例:

solve(x = 3, x);


1.3 基本運算:四則運算、指數、分數、根號、三角函數、對數¶

Maxima 支援完整的代數運算。

▶ 四則運算¶

In [3]:
3 + 5;
7 - 2;
4 * 6;
1 / 7;
1.0 / 7; /* 輸入小數格式 1.0,會啟動浮點數計算 */
Out[3]:
\[\tag{${\it \%o}_{3}$}8\]
Out[3]:
\[\tag{${\it \%o}_{4}$}5\]
Out[3]:
\[\tag{${\it \%o}_{5}$}24\]
Out[3]:
\[\tag{${\it \%o}_{6}$}\frac{1}{7}\]
Out[3]:
\[\tag{${\it \%o}_{7}$}0.14285714285714285\]
In [4]:
float(1/7);
Out[4]:
\[\tag{${\it \%o}_{8}$}0.14285714285714285\]
In [5]:
2^5;
8^(1/3);
2^(-3);
x^3;
Out[5]:
\[\tag{${\it \%o}_{9}$}32\]
Out[5]:
\[\tag{${\it \%o}_{10}$}2\]
Out[5]:
\[\tag{${\it \%o}_{11}$}\frac{1}{8}\]
Out[5]:
\[\tag{${\it \%o}_{12}$}27\]
In [6]:
sqrt(2);
Out[6]:
\[\tag{${\it \%o}_{13}$}\sqrt{2}\]
In [7]:
float(%);
Out[7]:
\[\tag{${\it \%o}_{14}$}1.4142135623730951\]

▶ 三角函數¶

可以用 sin(), cos(),和 tan() 等三角函數計算。需要注意的是,這裡需要用弳度 (radian) 來輸入角度,180度 (degree) 等於 $\pi$ (radian),30度等於 $\pi$/6。在 wxMaxima 裡,以 %pi 來表示圓周率。 $\pi$ = 3.141592653589793。

In [8]:
sin(%pi/6);
Out[8]:
\[\tag{${\it \%o}_{15}$}\frac{1}{2}\]

▶ 對數¶

對數函數可以使用 log() 來計算,注意這裡指的是自然對數,也就是以自然底數 (e) 為底的對數。在 wxMaxima 裡,以%e 來表示自然底數。 (e) = 2.718281828459045。

In [9]:
log(%e);
Out[9]:
\[\tag{${\it \%o}_{16}$}1\]
In [10]:
log(10);
float(log(10));
Out[10]:
\[\tag{${\it \%o}_{17}$}\log 10\]
Out[10]:
\[\tag{${\it \%o}_{18}$}2.302585092994046\]

若要計算以 10 為底的對數,可以使用對數的運算關係: $$ \log_{10}(x) = {log_{e}(x) \over log_{e}(10)} $$

▶ 虛數¶

wxMaxima 裡虛數以 %i 表示。

In [11]:
%i^2;
Out[11]:
\[\tag{${\it \%o}_{19}$}-1\]

1.4 常見指令:expand、factor、ratsimp、subst¶

雖然後面章節會詳述,這裡先介紹最常使用的基本代數功能。

▶ 展開 expand¶

In [12]:
kill(all);  /* 清除之前的變數 */
expand((x - 2)*(x + 3));
Out[12]:
\[\tag{${\it \%o}_{20}$}\mathbf{done}\]
Out[12]:
\[\tag{${\it \%o}_{0}$}x^2+x-6\]

▶ 因式分解 factor¶

In [13]:
factor(x^2 + x - 6);
Out[13]:
\[\tag{${\it \%o}_{1}$}\left(x-2\right)\,\left(x+3\right)\]

▶ 分式化簡 ratsimp¶

In [14]:
ratsimp((x^2 - 4)/(x - 2));
Out[14]:
\[\tag{${\it \%o}_{2}$}x+2\]

▶ 代入 x 的值 subst¶

In [15]:
subst(x=2, x^3 + 5*x);
Out[15]:
\[\tag{${\it \%o}_{3}$}18\]

1.5 小練習¶

  1. 將 a 指派為 7,計算 2*a + 3。

  2. 展開 (x+1)^3 並因式分解還原。

  3. 使用 ratsimp 化簡

$$ \frac{x^2 - 9}{x - 3} $$

  1. 計算:
    • $\sqrt{50}$

    • $3^4$

    • $2x^2 + 5x$(令 x = 3)


1.6 本章小結¶

你已經學會:

  • wxMaxima 的基本執行方式(Shift+Enter)

  • 使用變數與指派(x:3;)

  • 四則運算、指數與根號

  • 基本代數指令:expand、factor、ratsimp

  • 常見錯誤與排除方法

接下來的章節會進入更系統的代數、方程式與函數操作。


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