MATLAB for Engineers

Cover......Page 1
Contents......Page 6
About This Book......Page 12
Dedication and Acknowledgments......Page 16
 1.1 What is MATLAB®?......Page 18
 1.2 Student Edition of MATLAB®......Page 19
  1.3.1 Electrical Engineering......Page 20
  1.3.2 Biomedical Engineering......Page 21
 1.4 Problem Solving in Engineering and Science......Page 22
 2.1 Getting Started......Page 26
 2.2MATLAB® Windows......Page 28
  2.2.2 Command History......Page 29
  2.2.3 Workspace Window......Page 30
  2.2.4 Current Folder Window......Page 32
  2.2.6 Graphics Window......Page 33
 2.3 Solving Problems with MATLAB®......Page 34
  2.3.1 Using Variables......Page 35
  2.3.2 Matrices in MATLAB®......Page 37
  2.3.3 Number Display......Page 55
  2.4.1 Diary......Page 59
  2.4.2 Saving Variables......Page 60
  2.4.3 Script M-Files......Page 62
  2.4.4 Cell Mode......Page 67
 Summary......Page 69
 MATLAB® Summary......Page 70
 Problems......Page 72
 3.1 Using Built‑in Functions......Page 80
 3.2 Using the Help Feature......Page 82
  3.3.1 Common Computations......Page 85
  3.3.2 Rounding Functions......Page 89
  3.3.3 Discrete Mathematics......Page 90
 3.4 Trigonometric Functions......Page 93
  3.5.1 Maximum and Minimum......Page 97
  3.5.3 Sums and Products......Page 99
  3.5.4 Sorting Values......Page 102
  3.5.5 Determining Matrix Size......Page 105
  3.5.6 Variance and Standard Deviation......Page 111
  3.6.1 Uniform Random Numbers......Page 117
  3.6.2 Gaussian Random Numbers......Page 118
 3.7 Complex Numbers......Page 121
 3.8 Computational Limitations......Page 125
 3.9 Special Values and Miscellaneous Functions......Page 126
 Summary......Page 128
 Matlab® Summary......Page 129
 Key Terms......Page 130
 Problems......Page 131
  4.1.1 Defining Matrices......Page 138
  4.1.2 Using the Colon Operator......Page 140
 4.2 Problems with Two Variables......Page 145
 4.3 Special Matrices......Page 152
  4.3.1 Matrix of Zeros......Page 153
  4.3.2 Matrix of Ones......Page 154
  4.3.4 Magic Matrices......Page 155
 Summary......Page 158
 Problems......Page 159
  5.1.1 Basic Plotting......Page 166
  5.1.2 Line, Color, and Mark Style......Page 173
  5.1.3 Axis Scaling and Annotating Plots......Page 175
 5.2 Subplots......Page 183
  5.3.1 Polar Plots......Page 185
  5.3.2 Logarithmic Plots......Page 187
  5.3.3 Bar Graphs and Pie Charts......Page 194
  5.3.4 Histograms......Page 195
  5.3.5 X–Y Graphs with Two Y-Axes......Page 198
  5.3.6 Function Plots......Page 201
 5.4 Three-Dimensional Plotting......Page 202
  5.4.1 Three-Dimensional Line Plot......Page 203
  5.4.2 Surface Plots......Page 204
 5.5 Editing Plots from the Menu Bar......Page 208
 5.6 Creating Plots from the Workspace Window......Page 210
 5.7 Saving Your Plots......Page 211
 MATLAB® Summary......Page 212
 Problems......Page 214
 6.1 Creating Function M-Files......Page 224
  6.1.1 Syntax......Page 225
  6.1.3 Functions with Multiple Inputs and Outputs......Page 231
  6.1.4 Functions with No Input or No Output......Page 237
  6.1.5 Determining the Number of Input and Output Arguments......Page 238
  6.1.6 Local Variables......Page 240
  6.1.7 Global Variables......Page 241
  6.1.8 Accessing M-File Code......Page 242
 6.2 Creating Your Own Toolbox of Functions......Page 243
 6.3 Anonymous Functions and Function Handles......Page 245
 6.4 Function Functions......Page 246
 6.5 Subfunctions......Page 247
 Summary......Page 250
 MATLAB® Summary......Page 251
 Problems......Page 252
 7.1 User-Defined Input......Page 259
 7.2 Output Options......Page 263
  7.2.1 Display Function......Page 264
  7.2.2 Formatted Output—The fprintf Function......Page 266
  7.2.3 Formatted Output—The sprintf Function......Page 271
 7.3 Graphical Input......Page 273
 7.4 More Cell Mode Features......Page 274
  7.5.1 Importing Data......Page 276
  7.6.1 Error Bar......Page 278
  7.6.2 Debugging Toolbar......Page 280
 Summary......Page 282
 MATLAB® Summary......Page 283
 Problems......Page 284
 Introduction......Page 288
 8.1 Relational and Logical Operators......Page 289
 8.2 Flowcharts and Pseudocode......Page 291
  8.3.1 Find......Page 293
  8.3.2 Flowcharting and Pseudocode for Find Commands......Page 296
  8.4.1 The Simple If......Page 299
  8.4.2 The If/Else Structure......Page 300
  8.4.3 The Elseif Structure......Page 301
  8.4.4 Switch and Case......Page 306
  8.4.5 Menu......Page 311
 8.5 Debugging......Page 315
 Summary......Page 316
 Problems......Page 317
 Introduction......Page 328
 9.1 For Loops......Page 329
 9.2 While Loops......Page 337
 9.3 Break and Continue......Page 345
 9.4 Midpoint Break Loops......Page 346
 9.5 Nested Loops......Page 350
 9.6 Improving the Efficiency of Loops......Page 351
 Summary......Page 354
 Problems......Page 355
 10.1 Matrix Operations and Functions......Page 360
  10.1.1 Transpose......Page 361
  10.1.2 Dot Product......Page 362
  10.1.3 Matrix Multiplication......Page 368
  10.1.4 Matrix Powers......Page 371
  10.1.5 Matrix Inverse......Page 373
  10.1.6 Determinants......Page 374
  10.1.7 Cross Products......Page 376
 10.2 Solutions of Systems of Linear Equations......Page 380
  10.2.2 Solution Using Matrix Left Division......Page 381
  10.2.3 Solution Using the Reverse Row Echelon Function......Page 387
  10.3.1 Ones and Zeros......Page 394
  10.3.2 Identity Matrix......Page 395
 Summary......Page 397
 Problems......Page 399
 Introduction......Page 407
  11.1.1 Numeric Data Types......Page 408
  11.1.2 Character and String Data......Page 414
  11.1.4 Logical Data......Page 416
 11.2 Multidimensional Arrays......Page 417
 11.3 Character Arrays......Page 419
 11.4 Cell Arrays......Page 424
 11.5 Structure Arrays......Page 425
 Matlab® Summary......Page 433
 Problems......Page 434
 Introduction......Page 440
 12.1 Symbolic Algebra......Page 441
  12.1.1 Creating Symbolic Variables......Page 442
  12.1.2 Manipulating Symbolic Expressions and Symbolic Equations......Page 446
  12.2.1 The Solve Function......Page 449
  12.2.2 Solving Systems of Equations......Page 454
  12.2.3 Substitution and Symbolic Functions......Page 457
  12.3.1 The Ezplot Function......Page 462
  12.3.2 Additional Symbolic Plots......Page 465
  12.4.1 Differentiation......Page 470
  12.4.2 Integration......Page 476
 12.5 Differential Equations......Page 484
 12.6 Converting Symbolic Expressions To Anonymous Functions......Page 487
 Summary......Page 488
 MATLAB® Summary......Page 490
 Problems......Page 491
  13.1.1 Linear Interpolation......Page 500
  13.1.2 Cubic Spline Interpolation......Page 503
  13.1.3 Multidimensional Interpolation......Page 509
 13.2 Curve Fitting......Page 510
  13.2.1 Linear Regression......Page 511
  13.2.2 Linear Regression Through Zero......Page 513
  13.2.3 Polynomial Regression......Page 514
  13.2.4 The Polyval Function......Page 515
  13.3.1 Basic Fitting Tools......Page 523
  13.4.1 The Diff Function......Page 526
  13.4.2 Forward, Backward, and Central Difference Techniques......Page 529
 13.5 Numerical Integration......Page 535
  13.6.1 Function Handle Input......Page 541
  13.6.2 Solving the Problem......Page 543
  13.6.3 Solving Higher-Order Differential Equations......Page 544
  13.6.4 Boundary Value Problems......Page 546
 Summary......Page 548
 MATLAB® Summary......Page 550
 Problems......Page 551
 14.1 Images......Page 560
  14.1.1 Image Types......Page 563
  14.1.2 Reading and Writing Image Files......Page 573
 14.2 Handle Graphics......Page 576
  14.2.2 Figure Handles......Page 577
  14.2.3 Axes Handles......Page 578
  14.2.5 Using Handles to Manipulate Graphics......Page 579
  14.3.1 Redrawing and Erasing......Page 580
  14.3.2 Movies......Page 581
  14.4.1 Transparency......Page 586
  14.4.3 Lighting......Page 587
  14.5.1 Volume Visualization of Scalar Data......Page 588
  14.5.2 Volume Visualization of Vector Data......Page 589
 Summary......Page 591
 MATLAB® Summary......Page 592
 Key Terms......Page 593
 Problems......Page 594
 Introduction......Page 596
  15.1.1 Creating the Layout......Page 597
  15.1.2 Adding Code to the M-File......Page 601
 15.2 A Graphical User Interface with Multiple User Interactions—Ready_Aim _Fire......Page 605
 15.3 An Improved Ready_Aim _Fire Program......Page 608
 15.4 A Much Better Ready_Aim _Fire Program......Page 609
 15.5 Built-In GUI Templates......Page 613
  15.5.1 GUI with UIcontrols......Page 614
  15.5.2 GUI with Axes and Menu......Page 616
 Problems......Page 617
 16.1 Applications......Page 619
 16.2 Getting Started......Page 620
 16.3 Solving Differential Equations with Simulink®......Page 628
 Summary......Page 633
 Problems......Page 634
Appendix A : Special Characters, Commands, and Functions......Page 638
 Linear Relationships......Page 653
 Exponential Relationship......Page 654
 Power Relationship......Page 655
Appendix C : The Ready_Aim_Fire GUI......Page 656
Appendix D......Page 661
Index......Page 662