Essential MATLAB for engineers and scientists

Cover......Page 1
Essential MATLABfor Engineers and Scientists......Page 4
Copyright......Page 5
Preface......Page 6
  Acknowledgments......Page 7
Part 1 Essentials......Page 8
1 Introduction......Page 9
 1.1 Using MATLAB......Page 11
  1.1.1 Arithmetic......Page 12
  1.1.2 Variables......Page 13
  1.1.4 Functions and commands......Page 14
  1.1.5 Vectors......Page 15
  1.1.6 Linear equations......Page 17
  1.1.7 Tutorials and demos......Page 18
 1.2 The desktop......Page 19
  1.2.1 Using the Editor and running a script......Page 20
  1.2.2 Help, Publish and View......Page 22
  1.2.3 Symbolics in live scripts......Page 25
  1.2.4 APPS......Page 26
  1.2.5 Additional features......Page 28
  1.3.1 Cut and paste......Page 30
  1.3.2 Saving a program: Script files......Page 32
    Current directory......Page 33
  1.3.3 A program in action......Page 34
  Summary......Page 35
 1.A Supplementary material......Page 36
 2.1 Variables......Page 37
 2.2 The workspace......Page 38
  2.2.1 Adding commonly used constants to the workspace......Page 39
  2.3.1 Initializing vectors: Explicit lists......Page 40
  2.3.2 Initializing vectors: The colon operator......Page 41
  2.3.3 The linspace and logspace functions......Page 42
  2.3.5 Subscripts......Page 43
  2.3.6 Matrices......Page 44
  2.3.8 Structure plan......Page 45
 2.4 Vertical motion under gravity......Page 46
 2.5 Operators, expressions, and statements......Page 48
  2.5.2 Data types......Page 49
  2.5.4 Operator precedence......Page 50
  2.5.5 The colon operator......Page 51
  2.5.7 Arithmetic operations on arrays......Page 52
  2.5.8 Expressions......Page 53
  2.5.9 Statements......Page 54
  2.5.11 Formula vectorization......Page 55
  2.6.1 The disp statement......Page 58
  2.6.2 The format command......Page 60
 2.7 Repeating with for......Page 61
  2.7.1 Square roots with Newton's method......Page 62
  2.7.2 Factorials!......Page 63
  2.7.4 The basic for construct......Page 64
  2.7.7 Avoid for loops by vectorizing!......Page 66
  2.8.1 The one-line if statement......Page 69
  2.8.2 The if-else construct......Page 71
  2.8.4 elseif......Page 72
  2.8.6 Multiple ifs versus elseif......Page 74
  2.8.7 Nested ifs......Page 76
 2.9 Complex numbers......Page 77
  Summary......Page 79
  Exercises......Page 81
 2.A Supplementary material......Page 87
3 Program Design and Algorithm Development......Page 88
 3.1 The program design process......Page 89
  3.1.1 The projectile problem......Page 92
  3.2.1 Inline objects: Harmonic oscillators......Page 97
  3.2.2 MATLAB function: y = f(x)......Page 99
  Summary......Page 101
  Exercises......Page 102
 4.1 Common functions......Page 104
  4.2.2 Exporting text (ASCII) data......Page 109
  4.2.4 Exporting binary data......Page 110
  Exercises......Page 111
5 Logical Vectors......Page 113
  5.1.1 Discontinuous graphs......Page 114
  5.1.2 Avoiding division by zero......Page 115
  5.1.3 Avoiding infinity......Page 116
  5.1.4 Counting random numbers......Page 117
  5.1.5 Rolling dice......Page 118
 5.2 Logical operators......Page 119
  5.2.2 Danger......Page 120
  5.2.3 Logical operators and vectors......Page 121
 5.3 Subscripting with logical vectors......Page 122
 5.4 Logical functions......Page 123
  5.4.1 Using any and all......Page 124
 5.5 Logical vectors instead of elseif ladders......Page 125
  Summary......Page 127
  Exercises......Page 128
 5.A Supplementary material......Page 130
  6.1.1 A concrete example......Page 131
  6.1.3 Subscripts......Page 133
  6.1.5 The colon operator......Page 134
  6.1.6 Duplicating rows and columns: Tiling......Page 137
  6.1.7 Deleting rows and columns......Page 138
  6.1.8 Elementary matrices......Page 139
  6.1.9 Specialized matrices......Page 140
  6.1.10 Using MATLAB functions with matrices......Page 141
  6.1.12 Array (element-by-element) operations on matrices......Page 142
  6.1.15 Vectorizing nested fors: loan repayment tables......Page 143
  6.1.16 Multi-dimensional arrays......Page 146
  6.2.1 Matrix multiplication......Page 147
 6.3 Other matrix functions......Page 149
 6.4 Population growth: Leslie matrices......Page 150
 6.5 Markov processes......Page 153
  6.5.1 A random walk......Page 154
 6.6 Linear equations......Page 156
  6.6.2 The residual......Page 157
  6.6.3 Over-determined systems......Page 158
  6.6.5 Ill conditioning......Page 159
  6.6.6 Matrix division......Page 160
 6.7 Sparse matrices......Page 161
  Exercises......Page 164
 7.1 Example: Newton's method again......Page 166
 7.2 Basic rules......Page 168
  7.2.3 P-code files......Page 173
 7.3 Function handles......Page 174
 7.5 Function name resolution......Page 176
  7.6.1 Debugging a script......Page 177
 7.7 Recursion......Page 179
  Summary......Page 180
  Exercises......Page 182
 7.A Supplementary material......Page 183
  8.1.1 Binomial coefficient......Page 184
  8.1.2 Update processes......Page 185
  8.2.1 A guessing game......Page 187
  8.2.2 The while statement......Page 188
  8.2.3 Doubling time of an investment......Page 189
  8.2.4 Prime numbers......Page 190
  8.2.5 Projectile trajectory......Page 191
  8.2.6 break and continue......Page 193
  8.2.7 Menus......Page 194
  Exercises......Page 195
 9.1 Basic 2-D graphs......Page 200
  9.1.1 Labels......Page 201
  9.1.2 Multiple plots on the same axes......Page 202
  9.1.4 Axis limits......Page 203
    axes and axis?......Page 204
  9.1.5 Multiple plots in a figure: subplot......Page 205
  9.1.8 Logarithmic plots......Page 206
  9.1.9 Polar plots......Page 207
  9.1.10 Plotting rapidly changing mathematical functions: fplot......Page 208
  9.2.1 plot3......Page 209
  9.2.3 Mesh surfaces......Page 210
  9.2.4 Contour plots......Page 212
  9.2.6 Visualizing vector fields......Page 214
  9.2.7 Visualization of matrices......Page 215
  9.2.8 Rotation of 3-D graphs......Page 216
 9.3 Handle Graphics......Page 217
  9.3.1 Getting handles......Page 218
  9.3.2 Graphics object properties and how to change them......Page 219
  9.3.4 Graphics object creation functions......Page 221
  9.3.6 Positioning figures......Page 222
  9.4.1 Plot edit mode......Page 223
  9.4.2 Property Editor......Page 224
 9.5 Animation......Page 225
  9.5.1 Animation with Handle Graphics......Page 226
  9.6.1 Colormaps......Page 228
  9.6.2 Color of surface plots......Page 230
  9.6.3 Truecolor......Page 231
 9.7 Lighting and camera......Page 232
  9.8.3 Exporting a graph......Page 233
  Summary......Page 234
  Exercises......Page 235
 10.1 Update processes......Page 239
  10.1.1 Unit time steps......Page 240
  10.1.2 Non-unit time steps......Page 242
  10.1.3 Using a function......Page 244
  10.1.4 Exact solution......Page 245
  10.2.1 A random walk......Page 246
  10.2.2 Histograms......Page 247
  10.3.1 Bubble Sort......Page 248
  10.3.2 MATLAB's sort......Page 250
 10.4 Structures......Page 251
  10.5.1 Assigning data to cell arrays......Page 253
  10.5.3 Using cell arrays......Page 255
 10.6 Classes and objects......Page 256
  Summary......Page 257
  11.1.1 Incompatible vector sizes......Page 258
 11.2 Logic errors......Page 259
 11.3 Rounding error......Page 260
  Chapter exercises......Page 261
Part 2 Applications......Page 263
12 Dynamical Systems......Page 264
 12.1 Cantilever beam......Page 266
 12.2 Electric current......Page 267
 12.3 Free fall......Page 270
 12.4 Projectile with friction......Page 279
  Exercises......Page 283
 13.1 Random number generation......Page 284
 13.2 Spinning coins......Page 285
 13.3 Rolling dice......Page 286
 13.5 A random walk......Page 287
 13.6 Traffic flow......Page 289
  Summary......Page 292
  Exercises......Page 293
  14.1.1 Newton's method......Page 297
  14.1.2 The Bisection method......Page 299
  14.1.4 roots......Page 301
  14.2.1 The Trapezoidal rule......Page 302
  14.2.2 Simpson's rule......Page 303
 14.3 Numerical differentiation......Page 304
  14.3.1 diff......Page 305
  14.4.1 Euler's method......Page 306
  14.4.2 Example: Bacteria growth......Page 307
  14.4.3 Alternative subscript notation......Page 309
  14.4.4 A predictor-corrector method......Page 310
  14.6.1 A single differential equation......Page 311
  14.6.2 Systems of differential equations: Chaos......Page 312
  14.6.3 Passing additional parameters to an ODE solver......Page 315
  14.7.1 Heat conduction......Page 316
   Joukowski airfoil......Page 320
 14.9 Other numerical methods......Page 321
  Exercises......Page 323
15 Signal Processing......Page 327
 15.1 Harmonic analysis......Page 328
 15.2 Fast Fourier Transform (FFT)......Page 333
16 SIMULINK Toolbox......Page 338
 16.1 Mass-spring-damper dynamic system......Page 344
 16.2 Bouncing ball dynamic system......Page 346
 16.3 The van der Pol oscillator......Page 349
 16.4 The Duffing oscillator......Page 350
  Exercises......Page 352
17 Symbolics Toolbox......Page 355
 17.1 Algebra......Page 356
  17.1.1 Polynomials......Page 357
  17.1.2 Vectors......Page 359
  17.1.3 Matrices......Page 360
 17.2 Calculus......Page 364
 17.3 Laplace and Z transforms......Page 366
 17.4 Generalized functions*......Page 367
 17.5 Differential equations......Page 369
  17.6.1 The funtool......Page 370
  17.6.2 The MuPAD notebook* and Symbolic help......Page 371
  Exercises......Page 373
 A.3 Graphics......Page 374
 A.4 if and switch......Page 375
 A.6 Input/output......Page 376
 A.8 Vectors and matrices......Page 377
APPENDIXB Operators......Page 379
  C.1.2 Files and the operating system......Page 380
 C.3 MATLAB programming tools......Page 381
  C.4.3 Matrix manipulation......Page 382
 C.5 Mathematical functions......Page 383
 C.7 Data analysis......Page 384
 C.12 File I/O functions......Page 385
 C.15 General......Page 386
  Chapter 2......Page 388
  Chapter 3......Page 391
  Chapter 4......Page 392
  Chapter 6......Page 393
  Chapter 7......Page 394
  Chapter 8......Page 395
  Chapter 9......Page 396
  Chapter 13......Page 397
  Chapter 14......Page 398
Index......Page 400
Back Cover......Page 406