PDF de programación - MATLAB Para Ingenieros

MATLAB®
MATLAB®
para ingenieros
para ingenieros

Holly Moore
Holly Moore

Contenido

ACERCA DE ESTE LIBRO

1 • ACERCA DE MATLAB

1.1 ¿Qué es MATLAB? 1
1.2 Edición estudiantil de MATLAB 2
1.3 ¿Cómo se usa MATLAB en la industria? 2
1.4 Resolución de problemas en ingeniería y ciencias 5

2 • AMBIENTE MATLAB

2.1 Inicio 9
2.2 Ventanas de MATLAB 11
2.3 Resolución de problemas con MATLAB 17
2.4 Cómo guardar el trabajo 39
Resumen 47
Resumen MATLAB 49
Términos clave 49
Problemas 50

xi

1

9

3 • FUNCIONES INTERNAS DE MATLAB

55

Introducción 55
3.1 Uso de funciones internas 55
3.2 Uso de la ayuda 57
3.3 Funciones matemáticas elementales 59
3.4 Funciones trigonométricas 64
3.5 Funciones de análisis de datos 70
3.6 Números aleatorios 88
3.7 Números complejos 91

v

vi Contenido

3.8 Limitaciones computacionales 95
3.9 Valores especiales y funciones varias 97
Resumen 98
Resumen MATLAB 99
Términos clave 100
Problemas 101

4 • MANIPULACIÓN DE MATRICES MATLAB

107

4.1 Manipulación de matrices 107
4.2 Problemas con dos variables 114
4.3 Matrices especiales 122
Resumen 128
Resumen MATLAB 128
Términos clave 129
Problemas 129

5 • GRAFICACIÓN

135

Introducción 135
5.1 Gráficas bidimensionales 135
5.2 Subgráficas 151
5.3 Otros tipos de gráficas bidimensionales 153
5.4 Gráficas tridimensionales 168
5.5 Edición de gráficas desde la barra de menú 174
5.6 Creación de gráficas desde la ventana de trabajo 176
5.7 Cómo guardar las gráficas 176
Resumen 178
Resumen MATLAB 178
Problemas 180

6 • FUNCIONES DEFINIDAS POR EL USUARIO

187

Introducción 187
6.1 Creación de archivos-m de función 187
6.2 Creación de su propia caja de herramientas de funciones 206
6.3 Funciones anónimas 208
6.4 Funciones de función 208
Resumen 209
Resumen MATLAB 210
Términos clave 210
Problemas 210

7 • ENTRADA Y SALIDA CONTROLADAS POR EL USUARIO

215

Introducción 215
7.1 Entrada definida por el usuario 215
7.2 Opciones de salida 219

Contenido vii

7.3 Entrada gráfica 226
7.4 Uso del modo celda en archivos-m de MATLAB 227
7.5 Lectura y escritura de datos desde archivos 234
Resumen 237
Resumen MATLAB 238
Términos clave 239
Problemas 239

8 • FUNCIONES LÓGICAS Y ESTRUCTURAS DE CONTROL

243

Introducción 243
8.1 Operadores relacionales y lógicos 243
8.2 Diagramas de flujo y seudocódigo 245
8.3 Funciones lógicas 247
8.4 Estructuras de selección 254
8.5 Estructuras de repetición: bucles 270
Resumen 286
Resumen MATLAB 287
Términos clave 288
Problemas 288

9 • ÁLGEBRA MATRICIAL

301

Introducción 301
9.1 Operaciones y funciones de matrices 301
9.2 Soluciones de sistemas de ecuaciones lineales 321
9.3 Matrices especiales 329
Resumen 332
Resumen MATLAB 334
Términos clave 334
Problemas 335

10 • OTROS TIPOS DE ARREGLOS

343

Introducción 343
10.1 Tipos de datos 343
10.2 Arreglos multidimensionales 353
10.3 Arreglos carácter 354
10.4 Arreglos celda 359
10.5 Arreglos estructura 360
Resumen 367
Resumen MATLAB 368
Términos clave 368
Problemas 369

11 • MATEMÁTICA SIMBÓLICA

375

Introducción 375
11.1 Álgebra simbólica 375
11.2 Resolución de expresiones y ecuaciones 385

viii Contenido

11.3 Graficación simbólica 396
11.4 Cálculo 404
11.5 Ecuaciones diferenciales 418
Resumen 420
Resumen MATLAB 422
Problemas 422

12 • TÉCNICAS NUMÉRICAS

433

12.1 Interpolación 433
12.2 Ajuste de curvas 444
12.3 Uso de las herramientas de ajuste interactivas 455
12.4 Diferencias y diferenciación numérica 461
12.5 Integración numérica 465
12.6 Resolución numérica de ecuaciones diferenciales 470
Resumen 474
Resumen MATLAB 476
Términos clave 476
Problemas 476

13 • GRÁFICOS AVANZADOS

485

Introducción 485
13.1 Imágenes 485
13.2 Manipulación de Gráficos 500
13.3 Animación 503
13.4 Otras técnicas de visualización 509
13.5 Introducción a visualización de volumen 511
Resumen 514
Resumen MATLAB 515
Términos clave 516
Problemas 516

APÉNDICE A • CARACTERES ESPECIALES, COMANDOS
Y FUNCIONES

APÉNDICE B • SOLUCIONES A EJERCICIOS DE PRÁCTICA

ÍNDICE ANALÍTICO

519

535

595

Revisores de ESource

Agradecemos a todos los que nos ayudaron o revisaron textos de esta serie.

Naeem Abdurrahman, University of Texas, Austin
Stephen Allan, Utah State University
Anil Bajaj, Purdue University
Grant Baker, University of Alaska–Anchorage
William Beckwith, Clemson University
Haym Benaroya, Rutgers University
John Biddle, California State Polytechnic University
Tom Bledsaw, ITT Technical Institute
Fred Boadu, Duk University
Tom Bryson, University of Missouri, Rolla
Ramzi Bualuan, University of Notre Dame
Dan Budny, Purdue University
Betty Burr, University of Houston
Joel Cahoon, Montana State University
Dale Calkins, University of Washington
Linda Chattin, Arizona State University
Harish Cherukuri, University of North
Carolina–Charlotte
Arthur Clausing, University of Illinois
Barry Crittendon, Virginia Polytechnic and State
University
Donald Dabdub, University of CA Irvine
Kurt DeGoede, Elizabethtown College
John Demel, Ohio State University
James Devine, University of South Florida
Heidi A. Diefes-Dux, Purdue University
Jerry Dunn, Texas Tech University
Ron Eaglin, University of Central Florida
Dale Elifrits, University of Missouri, Rolla
Christopher Fields, Drexel University
Patrick Fitzhorn, Colorado State University
Susan Freeman, Northeastern University
Howard M. Fulmer, Villanova University
Frank Gerlitz, Washtenaw Community College
John Glover, University of Houston
John Graham, University of North Carolina–Charlotte
Ashish Gupta, SUNY at Buffalo
Otto Gygax, Oregon State University
Malcom Heimer, Florida International University
Donald Herling, Oregon State University
Thomas Hill, SUNY at Buffalo

A. S. Hodel, Auburn University
Kathryn Holliday-Darr, Penn State U Behrend
College, Erie
Tom Horton, University of Virginia
James N. Jensen, SUNY at Buffalo
Mary Johnson, Texas A & M Commerce
Vern Johnson, University of Arizona
Jean C. Malzahn Kampe, Virginia Polytechnic Institute
and State University
Autar Kaw, University of South Florida
Kathleen Kitto, Western Washington University
Kenneth Klika, University of Akron
Harold Knickle, University of Rhode Island
Terry L. Kohutek, Texas A&M University
Bill Leahy, Georgia Institute of Technology
John Lumkes, Purdue University
Mary C. Lynch, University of Florida
Melvin J. Maron, University of Louisville
James Mitchell, Drexel University
Robert Montgomery, Purdue University
Nikos Mourtos, San Jose State University
Mark Nagurka, Marquette University
Romarathnam Narasimhan, University of Miami
Shahnam Navee, Georgia Southern University
James D. Nelson, Louisiana Tech University
Soronadi Nnaji, Florida A&M University
Sheila O’Connor, Wichita State University
Kevin Passino, Ohio State University
Ted Pawlicki, University of Rochester
Ernesto Penado, Northern Arizona University
Michael Peshkin, Northwestern University
Ralph Pike, Louisiana State University
Matt Ohland, Clemson University
Dr. John Ray, University of Memphis
Stanley Reeves, Auburn University
Larry Richards, University of Virginia
Marc H. Richman, Brown University
Christopher Rowe, Vanderbilt University
Liz Rozell, Bakersfield College
Heshem Shaalem, Georgia Southern University
Tabb Schreder, University of Toledo

http://www.prenhall.com/esource//

ix

x Revisores de ESource

Randy Shih, Oregon Institute of Technology
Howard Silver, Fairleigh Dickenson University
Avi Singhal, Arizona State University
Tim Sykes, Houston Community College
Toby Teorey, University of Michigan
Neil R. Thompson, University of Waterloo
Raman Menon Unnikrishnan, Rochester Institute
of Technology

Michael S. Wells, Tennessee Tech University
Ed Wheeler, University of Tennessee at Martin
Joseph Wujek, University of California, Berkeley
Edward Young, University of South Carolina
Garry Young, Oklahoma State University
Steve Yurgartis, Clarkson University
Mandochehr Zoghi, University of Dayton

Acerca de este libro

Este libro se desarrolló conforme enseñaba MATLAB y otros lenguajes de computación a es-
tudiantes nuevos de ingeniería en la Salt Lake Community College. Me sentía frustrada por
la falta de un texto que “comenzara desde el principio”. Aunque había muchos libros de refe-
rencia muy abarcadores, todos suponían un nivel elevado de matemáticas y conocimientos de
computación que mis estudiantes no tenían. Además, debido a que MATLAB fue adoptado en
sus orígenes por profesionales de los campos de procesamiento de señales e ingeniería eléctri-
ca, la mayoría de dichos textos daban ejemplos principalmente de dichas áreas, enfoque que
no se adaptaba a un currículo general de ingeniería. Este texto comienza con álgebra básica
y muestra cómo se puede usar MATLAB para resolver problemas de ingeniería de un rango
amplio de disciplinas. Los ejemplos proceden de conceptos que se introducen en las primeras
clases de química y física, y de las clases de ingeniería de los primeros semestres. Se utiliza de
manera consistente una metodología estándar para resolver problemas.

El libro supone que el estudiante tiene una comprensión básica del álgebra universitaria
y ha recibido una introducción a conceptos trigonométricos; los estudiantes más avanzados en
matemáticas, por lo general, hacen progresos más rápidos a través del material. Aunque el texto
no pretende enseñar materias como estadística o álgebra matricial, se incluye una descripción
breve cuando se estudian las técnicas de MATLAB relacionadas con tales materias. Además,
las secciones que describen las técnicas de MATLAB para resolver problemas mediante
cálculo y ecuaciones diferenciales se introducen casi al final de los capítulos apropiados. Esas
secciones se pueden destinar para un estudio adicional a los estudiantes con formación más
avanzada de matemáticas, o pueden ser útil