Practica1
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Este documento presenta una introducción al uso de vectores en MATLAB. Explica cómo introducir vectores fila y columna, realizar operaciones con vectores como suma, resta y multiplicación componente a componente, y evaluar expresiones con vectores. También muestra cómo acceder a elementos individuales de un vector y modificarlos.
![´
PRACTICA 1
Vectores y MATLAB
Esta y todas las dem´s pr´cticas est´n pensadas para ser trabajadas delante de
a a a
un ordenador con MATLAB instalado, y no para ser le´ ıdas como una novela. En vez de
eso, cada vez que se presente un comando de MATLAB, se debe introducir el comando,
pulsar la tecla “Enter” para ejecutarlo y ver el resultado. M´s a´n, se desea que se
a u
verifique el resultado. Aseg´rese de que se comprende perfectamente lo que se obtiene
u
antes de continuar con la lectura.
Aunque MATLAB es un entorno que trabaja con matrices, en esta pr´ctica se apren-
a
der´ c´mo introducir vectores por filas o por columnas y a manejar algunas opera-
a o
ciones con vectores.
Prerrequisitos: ninguno.
1. Vectores fila
La introducci´n de vectores fila en MATLAB es muy f´cil. Introd´zcase el siguiente
o a u
1
comando en la pantalla de MATLAB
>> v=[1 2 3]
Hay una serie de ideas a destacar en este comando. Para introducir un vector, se
escribe una apertura de corchete, los elementos del vector separados por espacios y
un cierre de corchete. Se pueden usar tambi´n comas para delimitar las componentes
e
del vector
>> v=[1,2,3]
El signo = es el operador de asignaci´n de MATLAB. Se usa este operador para asignar
o
valores a variables. Para comprobar que el vector fila [1,2,3] ha sido asignado a la
variable v introd´zcase el siguiente comando en el indicador de MATLAB.
u
1Els´
ımbolo >> es el indicador de MATLAB. Se debe introducir lo que aparece tras el indicador.
Entonces se pulsa la tecla “Enter” para ejecutar el comando.
333](https://image.slidesharecdn.com/practica1-120927150822-phpapp02/85/Practica1-1-320.jpg)
![1.3. Espacio de trabajo de MATLAB.
Es posible obtener una lista de las variables en el espacio de trabajo en cualquier
momento mediante el comando
>> who
Se puede obtener incluso m´s informaci´n acerca de las variables con
a o
>> whos
Se eliminar la asignaci´n hecha a una variable con
o
>> clear x
>> who
Obs´rvese que tambi´n se da el tama˜o de cada variable. Es posible mantener una
e e n
ventana con la lista de variables usadas y su tama˜o. Para ello, en la barra superior
n
selecci´nese el men´ Desktop y act´
o u ıvese la opci´n Workspace.
o
Se puede obtener el tama˜o de un vector v con el comando
n
>> size(v)
La informaci´n que devuelve indica que el vector v tiene 1 fila y 3 columnas. Aunque
o
se puede entender al vector v como una matriz con 1 fila y 3 columnas, tambi´n se
e
puede entender como un vector fila de longitud 3. Por ejemplo, pru´bese el siguiente
e
comando:
>> length(v)
2. Vectores columna
Es tambi´n f´cil escribir vectores columna en MATLAB. Introd´zcase el siguiente
e a u
comando en el indicador.
>> w=[4;5;6]](https://image.slidesharecdn.com/practica1-120927150822-phpapp02/85/Practica1-3-320.jpg)
![Observe que los s´
ımbolos de punto y coma delimitan las filas de un vector columna.
Pru´bense los siguientes comandos.
e
>> w
>> who
>> whos
>> size(w)
El resultado indica que el vector w tiene 3 filas y 1 columna. Aunque se puede ver
al vector w como una matriz de 3 filas y 1 columna, tambi´n es posible pensar en ´l
e e
como un vector columna de longitud 3. Pru´bese el siguiente comando.
e
>> length(w)
2.1. Transposici´n.
o
El operador en MATLAB para transponer es el ap´strofe simple ’. Se puede cambiar
o
as´ un vector fila a un vector columna.
ı
>> y=(1:10)’
O un vector columna a un vector fila.
>> y=y’
2.2. Indexado de vectores.
Una vez que se ha definido un vector, es posible acceder f´cilmente a cada una de
a
sus componentes con los comandos de MATLAB. Por ejemplo, introd´zcase el siguiente
u
vector.
>> x=[10,13,19,23,27,31,39,43,51]
Ahora pru´bense los siguientes comandos.
e
>> x(2)
>> x(7)](https://image.slidesharecdn.com/practica1-120927150822-phpapp02/85/Practica1-4-320.jpg)
![Se puede cambiar f´cilmente el contenido de una componente.
a
>> x(6)=100
Se puede tambi´n acceder a un rango de elementos
e
>> x([1,3,5])
>> x(1:3)
>> x(1:2:length(x))
3. Operaciones con vectores
Un gran n´mero de operaciones en las que intervienen vectores y escalares se
u
pueden ejecutar con MATLAB.
3.1. Operaciones entre vector y escalar.
Las operaciones entre escalares y vectores son directas. Desde el punto de vista
te´rico, no se puede sumar un escalar a un vector. Sin embargo, MATLAB s´ lo permite.
o ı
Por ejemplo, si y es un vector, el comando y+2 a˜adir´ 2 a cada componente del
n a
vector. Est´diense las salidas de los siguientes comandos.
u
>> y=1:5
>> y+2
>> y-2
>> 2*y
>> y/2
Por supuesto, estas operaciones son igualmente v´lidas para vectores columna.
a
>> w=(1:3:20)’
>> w+3
>> w-11
>> .1*w
>> w/10](https://image.slidesharecdn.com/practica1-120927150822-phpapp02/85/Practica1-5-320.jpg)
![Ejercicios de la pr´ctica 1
a
Ejercicio 1. Escribe el comando MATLAB que genera cada uno de los siguientes
vectores.
1
1. 2 .
−3
2. (1, 2, −1, 3).
3. Un vector columna que contenga los n´meros impares entre 1 y 1000.
u
4. Un vector fila que contenga los n´meros pares entre 2 y 1000.
u
Ejercicio 2. Si x=0:2:20, escribe el comando de MATLAB que eleva al cuadrado
cada componente de x.
Ejercicio 3. Si x=[0,1,4,9,16,25], escribe el comando MATLAB que calcula la
ra´ cuadrada de cada componente de x.
ız
Ejercicio 4. Si x=0:.1:1, escribe el comando de MATLAB que eleva cada compo-
nente de x a 2/3.
Ejercicio 5. Si x=0:pi/2:2*pi, escribe el comando MATLAB que calcula el coseno
de cada componente de x.
Ejercicio 6. Si x=-1:.1:1, escribe el comando MATLAB que calcula el arcoseno
de cada componente de x.
Ejercicio 7. Si x=linspace(0,2*pi,1000), ¿cu´l es la entrada 50 de x? ¿Cu´l
a a
es la longitud de x?
Ejercicio 8. Si k=0:100, ¿cu´l es la entrada n´mero 12 de y=0.5.^k?
a u](https://image.slidesharecdn.com/practica1-120927150822-phpapp02/85/Practica1-8-320.jpg)
![´
PRACTICA 2
Matrices y MATLAB
En esta pr´ctica se aprender´ a introducir y editar matrices en MATLAB. Se experi-
a a
mentar´ con algunas funciones de construcci´n de matrices incorporadas en MATLAB.
a o
Se aprender´ a construir matrices a partir de vectores y bloques de matrices.
a
Prerrequisitos: ninguno.
1. Entrada de matrices
La entrada de matrices en MATLAB es f´cil. Escr´
a ıbase lo siguiente en el indicador
de MATLAB.
>> A=[1,2,3;4,5,6;7,8,9]
Obs´rvese c´mo los s´
e o ımbolos de punto y coma indican el final de la fila, mientras
que las comas se usan para separar las entradas en la fila. Se pueden usar tambi´n
e
espacios para delimitar las entradas de cada fila.
>> A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]
1.1. Matrices especiales.
MATLAB tiene una serie de rutinas incorporadas para crear matrices.1 Es posible
crear una matriz de ceros de cualquier tama˜o.
n
>> A=zeros(5)
>> B=zeros(3,5)
Es f´cil crear una matriz de ceros con el mismo tama˜o que una dada.
a n
1Para obtener una lista de todas las matrices elementales de MATLAB, escr´
ıbase help elmat en
el indicador de MATLAB; para obtener informaci´n detallada sobre una en concreto escr´
o ıbase help
seguido del tipo de matriz, por ejemplo, help magic.
341](https://image.slidesharecdn.com/practica1-120927150822-phpapp02/85/Practica1-9-320.jpg)
![>> C=magic(5)
>> D=zeros(size(C))
Se pueden crear matrices de unos de manera an´loga.
a
>> A=ones(6)
>> B=ones(2,10)
>> C=hilb(5)
>> D=ones(size(C))
Cuando se realizan simulaciones en MATLAB es util construir matrices de n´meros
´ u
aleatorios. Se puede crear una matriz de n´meros aleatorios con distribuci´n uniforme,
u o
cada uno entre 0 y 1, con los siguientes comandos.
>> A=rand(6)
>> B=rand(5,3)
La multiplicaci´n por escalares es exactamente igual que para vectores.
o
>> C=10*rand(5)
MATLAB proporciona unas rutinas para el redondeo de n´meros.
u
>> D=floor(C)
>> D=ceil(C)
>> D=round(C)
>> D=fix(C)
La matriz identidad tiene unos en su diagonal principal y ceros en el resto.
>> I=eye(5)
Se pueden generar otros tipos de matrices diagonales con el comando diag.
>> E=diag([1,2,3,4,5])
>> F=diag([1,2,3,4,5],-1)](https://image.slidesharecdn.com/practica1-120927150822-phpapp02/85/Practica1-10-320.jpg)
![>> G=diag(1:5,1)
1.2. Trasposici´n.
o
El operador de trasposici´n, que es ’ (comilla simple), tiene el mismo efecto que
o
sobre vectores. Se intercambian filas y columnas.
>> J=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]
>> J’
1.3. Elimina la salida.
Recu´rdese que finalizando un comando de MATLAB con punto y coma se elimina
e
la salida. Es util cuando el resultado es grande y se desea ocultarlo.
´
>> K=rand(100);
1.4. Espacio de trabajo de MATLAB.
Exam´ ınese el espacio de trabajo con el comando whos, o activando la opci´n
o
“Workspace” del men´ “View” de la barra superior.
u
>> whos
Obs´rvese que aparece el tama˜o de cada una de las variables. Por supuesto, se
e n
puede obtener el tama˜o de la matriz I con
n
>> size(I)
2. Indexado de matrices
La siguiente notaci´n es la que se usa
o para representar una matriz con 3 filas y 3
columnas.
a11 a12 a13
A = a21 a22 a23 ,
a31 a32 a33](https://image.slidesharecdn.com/practica1-120927150822-phpapp02/85/Practica1-11-320.jpg)
![o en forma reducida A = (aij ) ∈ M3 (k), donde k es cuerpo (por ejemplo, k = R o
k = C. El s´
ımbolo aij se refiere a la entrada situada en la fila i y columna j. MATLAB
usa una notaci´n similar para representar los elementos de una matriz.
o
%pascal no funciona en Octave
>> A=pascal(5)
>> A(1,2)
>> A(3,4)
En general, A(i,j) se refiere al elemento de la fila i, columna j de la matriz A.
Tambi´n es f´cil cambiar el valor de una entrada.
e a
>> A(3,3)=11111
2.1. Algo m´s sobre indexado.
a
Cuando se indexa una matriz, los sub´ındices pueden ser vectores. Esta es una
herramienta de gran alcance que permite extraer f´cilmente una submatriz de una
a
matriz.
>> A=magic(6)
>> A([1,2],[3,4,5])
La notaci´n A([1,2],[3,4,5]) referencia a la submatriz formada por los elementos
o
que aparecen en las filas 1 y 2 y en las columnas 3, 4 y 5 de la matriz A.
El comando
>> A([1,3,5],[1,2,3,4,5,6])
produce una submatriz con las filas 1, 3 y 5 de la matriz A. Si se recuerda que la
notaci´n 1:6 representa al vector [1,2,3,4,5,6] y que la notaci´n 1:2:6 representa
o o
al vector [1,3,5], de este modo se tiene que A([1:2:6],[1:6]) es equivalente a
A([1,3,5],[1,2,3,4,5,6]).
>> A([1:2:6],[1:6])
Si se usa el s´
ımbolo dos puntos en lugar de sub´
ındices, se indica todo el rango. As´
ı,](https://image.slidesharecdn.com/practica1-120927150822-phpapp02/85/Practica1-12-320.jpg)
![>> A(:,1)
produce la primera columna de la matriz A, y
>> A(3,:)
genera la tercera fila de la matriz A. En cierto sentido, la notaci´n A(3,:) se puede
o
leer como “Tercera fila, todas las columnas.” El comando
>> A(1:3,:)
produce una submatriz compuesta de las tres primeras filas de la matriz A. El co-
mando
>> A(:,1:2:6)
produce una submatriz compuesta de las columnas 1, 3 y 5 de la matriz A.
3. Construcci´n de matrices
o
Con MATLAB se pueden crear matrices m´s complejas a partir de otras matrices y
a
vectores.
3.1. Construcci´n de matrices con vectores.
o
Cr´ense tres vectores fila con los comandos
e
>> v1=1:3
>> v2=4:6
>> v3=7:9
El comando
>> M=[v1;v2;v3]
construye una matriz con los vectores v1, v2 y v3, cada uno formando una fila de
la matriz M . El comando](https://image.slidesharecdn.com/practica1-120927150822-phpapp02/85/Practica1-13-320.jpg)
![>> N=[v1,v2,v3]
produce un resultado completamente diferente, pero con sentido.
C´mbiense los vectores v1,v2,v3 en vectores columna con el operador de trasposi-
a
ci´n.
o
>> v1=v1’
>> v2=v2’
>> v3=v3’
El comando
>> P=[v1,v2,v3]
construye una matriz con los vectores v1,v2,v3 como columnas de la matriz P . Se
puede obtener el mismo resultado con la transpuesta de la matriz M .
>> P=M’
T´ngase en cuenta que las dimensiones deben coincidir: cuando se construyen
e
matrices, hay que asegurarse que cada fila y columna tengan el mismo n´mero de
u
elementos. Por ejemplo, la siguiente secuencia de comandos producir´ un error.
a
>> w1=1:3;w2=4:6;w3=7:10;
>> Q=[w1;w2;w3]
3.2. Construcci´n de matrices con otras matrices.
o
Es una cuesti´n simple aumentar una matriz con un vector fila o columna. Por
o
ejemplo,
>> A=[1,2,3,4;5,6,7,8;9,10,11,12]
>> b=[1,1,1]’
>> M=[A,b]](https://image.slidesharecdn.com/practica1-120927150822-phpapp02/85/Practica1-14-320.jpg)
![es v´lido, pero
a
>> M=[A;b]
no lo es; aunque s´ lo es
ı
>> c=[1,1,1,1]
>> M=[A;c]
Se pueden concatenar dos o m´s matrices. As´
a ı,
>> A=magic(3),B=ones(3,4)
>> M=[A,B]
es v´lido, pero
a
>> N=[A;B]
no lo es; aunque s´ lo es
ı
>> C=[1,2,3;4,5,6]
>> P=[A;C]
3.3. La imaginaci´n es el l´
o ımite.
Las capacidades de construir matrices de MATLAB son muy flexibles. Consid´rese
e
el siguiente ejemplo.
>> A=zeros(3),B=ones(3),C=2*ones(3),D=3*ones(3)
>> M=[A,B;C,D]
Se puede construir una matriz de Vandermonde de la siguiente manera
>> x=[1,2,3,4,5]’
>> N=[ones(size(x)),x,x.^2,x.^3,x.^4]](https://image.slidesharecdn.com/practica1-120927150822-phpapp02/85/Practica1-15-320.jpg)
![O tambi´n matrices por bloques
e
>> B=zeros(8)
>> B(1:3,1:3)=[1,2,3;4,5,6;7,8,9]
>> B(4:8,4:8)=magic(5)](https://image.slidesharecdn.com/practica1-120927150822-phpapp02/85/Practica1-16-320.jpg)
![Ejercicios de la pr´ctica 2
a
Ejercicio 1. Escribe los comandos de MATLAB que generan las siguientes matrices.
10 5 −6
1 1 3 0 −5 −8 −4
1.) −3 −1 6 8 2.) .
−5 −10 3
4 4 10 −7
8 8 −5
Ejercicio 2. Escribe un solo comando que cree una matriz 3×5 con cada entrada
igual a −3.
Ejercicio 3. Crea una matriz de Hilbert con los siguientes comandos.
%Format rat no funciona en Octave
>> format rat
>> H=hilb(5)
>> format
Escribe una f´rmula para la posici´n (i, j) de la matriz H.
o o
Ejercicio 4. Explica la diferencia entre los comandos floor, ceil, round y
fix. Apoya tu explicaci´n con ejemplos en MATLAB.
o
Ejercicio 5. Escribe un comando MATLAB que genere una matriz 4 × 4 con valores
aleatorios enteros entre −5 y 5.
Ejercicio 6. El operador ′ genera realmente la conjugada traspuesta de una ma-
triz. Para verlo, introduzca la matriz A=[1,2+i,sqrt(2);3,3-i,sqrt(-1)], teclea
entonces A’. Describe el resultado. ¿Qu´ ocurre si ponemos A.’? Explica la diferencia
e
entre los operadores de trasposici´n ’ y .’.
o
Ejercicio 7. ¿Cu´l es la entrada en fila 5 y columna 7 de la matriz pascal(10)?
a
Ejercicio 8. Sea T=toeplitz(1:7). Escribe un comando de MATLAB que
1. coloca las filas pares de la matriz T en una matriz B.
2. coloca las filas impares de la matriz T en una matriz C.
3. coloca la ultima columna de la matriz T en un vector b.
´
Ejercicio 9. Sea x=[0,pi/2,2*pi]. Construye una matriz, con comandos de
MATLAB, cuya primera fila es x, la segunda fila est´ formada por el seno cada entrada
a
de x, y la tercera fila es el coseno de cada entrada de x.](https://image.slidesharecdn.com/practica1-120927150822-phpapp02/85/Practica1-17-320.jpg)
Practica1
- 1. ´ PRACTICA 1 Vectores y MATLAB Esta y todas las dem´s pr´cticas est´n pensadas para ser trabajadas delante de a a a un ordenador con MATLAB instalado, y no para ser le´ ıdas como una novela. En vez de eso, cada vez que se presente un comando de MATLAB, se debe introducir el comando, pulsar la tecla “Enter” para ejecutarlo y ver el resultado. M´s a´n, se desea que se a u verifique el resultado. Aseg´rese de que se comprende perfectamente lo que se obtiene u antes de continuar con la lectura. Aunque MATLAB es un entorno que trabaja con matrices, en esta pr´ctica se apren- a der´ c´mo introducir vectores por filas o por columnas y a manejar algunas opera- a o ciones con vectores. Prerrequisitos: ninguno. 1. Vectores fila La introducci´n de vectores fila en MATLAB es muy f´cil. Introd´zcase el siguiente o a u 1 comando en la pantalla de MATLAB >> v=[1 2 3] Hay una serie de ideas a destacar en este comando. Para introducir un vector, se escribe una apertura de corchete, los elementos del vector separados por espacios y un cierre de corchete. Se pueden usar tambi´n comas para delimitar las componentes e del vector >> v=[1,2,3] El signo = es el operador de asignaci´n de MATLAB. Se usa este operador para asignar o valores a variables. Para comprobar que el vector fila [1,2,3] ha sido asignado a la variable v introd´zcase el siguiente comando en el indicador de MATLAB. u 1Els´ ımbolo >> es el indicador de MATLAB. Se debe introducir lo que aparece tras el indicador. Entonces se pulsa la tecla “Enter” para ejecutar el comando. 333
- 2. >> v 1.1. Rangos. Algunas veces es necesario introducir un vector con componentes a intervalos regu- lares. Esto se realiza f´cilmente con MATLAB con la estructura inicio:incremento:fin. a Si no se proporciona un incremento, MATLAB asume que es 1. >> x1=0:10 Se puede seleccionar el propio incremento. >> x2=0:2:10 Se puede ir incluso hacia atr´s. a >> x3=10:-2:1 O se le puede echar imaginaci´n. o >> x4=0:pi/2:2*pi Hay veces, sobre todo cuando hay que pintar funciones, que se precisan un gran n´mero de componentes en un vector. u >> x=0:.1:10 1.2. Elimina la salida. Se puede suprimir la salida de un comando de MATLAB a˜adiendo un punto y n coma. >> x=0:.1:10; Es muy util cuando la salida es muy grande y no se desea verla. ´
- 3. 1.3. Espacio de trabajo de MATLAB. Es posible obtener una lista de las variables en el espacio de trabajo en cualquier momento mediante el comando >> who Se puede obtener incluso m´s informaci´n acerca de las variables con a o >> whos Se eliminar la asignaci´n hecha a una variable con o >> clear x >> who Obs´rvese que tambi´n se da el tama˜o de cada variable. Es posible mantener una e e n ventana con la lista de variables usadas y su tama˜o. Para ello, en la barra superior n selecci´nese el men´ Desktop y act´ o u ıvese la opci´n Workspace. o Se puede obtener el tama˜o de un vector v con el comando n >> size(v) La informaci´n que devuelve indica que el vector v tiene 1 fila y 3 columnas. Aunque o se puede entender al vector v como una matriz con 1 fila y 3 columnas, tambi´n se e puede entender como un vector fila de longitud 3. Por ejemplo, pru´bese el siguiente e comando: >> length(v) 2. Vectores columna Es tambi´n f´cil escribir vectores columna en MATLAB. Introd´zcase el siguiente e a u comando en el indicador. >> w=[4;5;6]
- 4. Observe que los s´ ımbolos de punto y coma delimitan las filas de un vector columna. Pru´bense los siguientes comandos. e >> w >> who >> whos >> size(w) El resultado indica que el vector w tiene 3 filas y 1 columna. Aunque se puede ver al vector w como una matriz de 3 filas y 1 columna, tambi´n es posible pensar en ´l e e como un vector columna de longitud 3. Pru´bese el siguiente comando. e >> length(w) 2.1. Transposici´n. o El operador en MATLAB para transponer es el ap´strofe simple ’. Se puede cambiar o as´ un vector fila a un vector columna. ı >> y=(1:10)’ O un vector columna a un vector fila. >> y=y’ 2.2. Indexado de vectores. Una vez que se ha definido un vector, es posible acceder f´cilmente a cada una de a sus componentes con los comandos de MATLAB. Por ejemplo, introd´zcase el siguiente u vector. >> x=[10,13,19,23,27,31,39,43,51] Ahora pru´bense los siguientes comandos. e >> x(2) >> x(7)
- 5. Se puede cambiar f´cilmente el contenido de una componente. a >> x(6)=100 Se puede tambi´n acceder a un rango de elementos e >> x([1,3,5]) >> x(1:3) >> x(1:2:length(x)) 3. Operaciones con vectores Un gran n´mero de operaciones en las que intervienen vectores y escalares se u pueden ejecutar con MATLAB. 3.1. Operaciones entre vector y escalar. Las operaciones entre escalares y vectores son directas. Desde el punto de vista te´rico, no se puede sumar un escalar a un vector. Sin embargo, MATLAB s´ lo permite. o ı Por ejemplo, si y es un vector, el comando y+2 a˜adir´ 2 a cada componente del n a vector. Est´diense las salidas de los siguientes comandos. u >> y=1:5 >> y+2 >> y-2 >> 2*y >> y/2 Por supuesto, estas operaciones son igualmente v´lidas para vectores columna. a >> w=(1:3:20)’ >> w+3 >> w-11 >> .1*w >> w/10
- 6. 3.2. Operaciones entre vectores. En primer lugar, consid´rense los siguientes vectores. e >> a=1:3 >> b=4:6 La adici´n y sustracci´n de vectores es natural y f´cil. Introd´zcanse los siguientes o o a u 2 comandos. >> a,b,a+b >> a,b,a-b De nuevo, estas operaciones son v´lidas para vectores columna. a >> a=(1:3)’,b=(4:6)’ >> a+b,a-b Sin embargo, se pueden obtener resultados no esperados si no se recuerda que MATLAB es un entorno que trabaja con matrices. >> a,b,a*b El ultimo comando devuelve un error porque ∗ es el s´ ´ ımbolo de MATLAB para la multiplicaci´n de matrices, y en este caso hay un problema de compatibilidad entre o los ordenes de las “matrices” a y b. Tambi´n pueden ocurrir errores si se intenta e a˜adir vectores de diferente tama˜o. n n >> a=1:3,b=4:7,a+b 3.3. Operaciones con componentes. Para multiplicar los vectores a y b componente a componente, ejec´tese el sigu- u iente comando de MATLAB. 2Como no aparece punto y coma que suprima la salida, el comando a,b,a+b mostrar´ primero a el vector a, luego el vector b y por ultimo el a+b ´
- 7. >> a=(1:3)’,b=(4:6)’ >> a,b,a.*b El s´ ımbolo .∗ es el operador de MATLAB para la multiplicaci´n elemento a elemento. o La salida se calcula multiplicando las primeras componentes de los vectores a y b, a continuaci´n las segundas componentes, etc. El operador de MATLAB para la divisi´n o o componente a componente es ./ >> a,b,a./b Para elevar cada componente de un vector a una potencia, usese .^ ´ >> a,a.^2 3.4. Expresiones m´s complicadas. a Con un poco de pr´ctica se aprender´ como evaluar expresiones m´s complejas. a a a 2 Supongamos, por ejemplo, para evaluar la expresi´n x − 2x − 3 para valores de x o entre 1 y 10, con incremento de 1 escr´ ıbase >> x=1:10 >> y=x.^2-2*x-3 Sup´ngase ahora que se quiere evaluar la expresi´n sen(x)/x para valores de x entre o o 3 −1 y 1 con incrementos de 0,1 unidades. >> x=-1:.1:1 >> y=sin(x)./x Los operadores por componentes tambi´n funcionan con vectores columna. e >> xdata=(1:10)’ >> xdata.^2 3Escribiendo help elfun se obtiene una lista de las funciones elementales de MATLAB.
- 8. Ejercicios de la pr´ctica 1 a Ejercicio 1. Escribe el comando MATLAB que genera cada uno de los siguientes vectores. 1 1. 2 . −3 2. (1, 2, −1, 3). 3. Un vector columna que contenga los n´meros impares entre 1 y 1000. u 4. Un vector fila que contenga los n´meros pares entre 2 y 1000. u Ejercicio 2. Si x=0:2:20, escribe el comando de MATLAB que eleva al cuadrado cada componente de x. Ejercicio 3. Si x=[0,1,4,9,16,25], escribe el comando MATLAB que calcula la ra´ cuadrada de cada componente de x. ız Ejercicio 4. Si x=0:.1:1, escribe el comando de MATLAB que eleva cada compo- nente de x a 2/3. Ejercicio 5. Si x=0:pi/2:2*pi, escribe el comando MATLAB que calcula el coseno de cada componente de x. Ejercicio 6. Si x=-1:.1:1, escribe el comando MATLAB que calcula el arcoseno de cada componente de x. Ejercicio 7. Si x=linspace(0,2*pi,1000), ¿cu´l es la entrada 50 de x? ¿Cu´l a a es la longitud de x? Ejercicio 8. Si k=0:100, ¿cu´l es la entrada n´mero 12 de y=0.5.^k? a u
- 9. ´ PRACTICA 2 Matrices y MATLAB En esta pr´ctica se aprender´ a introducir y editar matrices en MATLAB. Se experi- a a mentar´ con algunas funciones de construcci´n de matrices incorporadas en MATLAB. a o Se aprender´ a construir matrices a partir de vectores y bloques de matrices. a Prerrequisitos: ninguno. 1. Entrada de matrices La entrada de matrices en MATLAB es f´cil. Escr´ a ıbase lo siguiente en el indicador de MATLAB. >> A=[1,2,3;4,5,6;7,8,9] Obs´rvese c´mo los s´ e o ımbolos de punto y coma indican el final de la fila, mientras que las comas se usan para separar las entradas en la fila. Se pueden usar tambi´n e espacios para delimitar las entradas de cada fila. >> A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9] 1.1. Matrices especiales. MATLAB tiene una serie de rutinas incorporadas para crear matrices.1 Es posible crear una matriz de ceros de cualquier tama˜o. n >> A=zeros(5) >> B=zeros(3,5) Es f´cil crear una matriz de ceros con el mismo tama˜o que una dada. a n 1Para obtener una lista de todas las matrices elementales de MATLAB, escr´ ıbase help elmat en el indicador de MATLAB; para obtener informaci´n detallada sobre una en concreto escr´ o ıbase help seguido del tipo de matriz, por ejemplo, help magic. 341
- 10. >> C=magic(5) >> D=zeros(size(C)) Se pueden crear matrices de unos de manera an´loga. a >> A=ones(6) >> B=ones(2,10) >> C=hilb(5) >> D=ones(size(C)) Cuando se realizan simulaciones en MATLAB es util construir matrices de n´meros ´ u aleatorios. Se puede crear una matriz de n´meros aleatorios con distribuci´n uniforme, u o cada uno entre 0 y 1, con los siguientes comandos. >> A=rand(6) >> B=rand(5,3) La multiplicaci´n por escalares es exactamente igual que para vectores. o >> C=10*rand(5) MATLAB proporciona unas rutinas para el redondeo de n´meros. u >> D=floor(C) >> D=ceil(C) >> D=round(C) >> D=fix(C) La matriz identidad tiene unos en su diagonal principal y ceros en el resto. >> I=eye(5) Se pueden generar otros tipos de matrices diagonales con el comando diag. >> E=diag([1,2,3,4,5]) >> F=diag([1,2,3,4,5],-1)
- 11. >> G=diag(1:5,1) 1.2. Trasposici´n. o El operador de trasposici´n, que es ’ (comilla simple), tiene el mismo efecto que o sobre vectores. Se intercambian filas y columnas. >> J=[1 2 3;4 5 6;7 8 9] >> J’ 1.3. Elimina la salida. Recu´rdese que finalizando un comando de MATLAB con punto y coma se elimina e la salida. Es util cuando el resultado es grande y se desea ocultarlo. ´ >> K=rand(100); 1.4. Espacio de trabajo de MATLAB. Exam´ ınese el espacio de trabajo con el comando whos, o activando la opci´n o “Workspace” del men´ “View” de la barra superior. u >> whos Obs´rvese que aparece el tama˜o de cada una de las variables. Por supuesto, se e n puede obtener el tama˜o de la matriz I con n >> size(I) 2. Indexado de matrices La siguiente notaci´n es la que se usa o para representar una matriz con 3 filas y 3 columnas. a11 a12 a13 A = a21 a22 a23 , a31 a32 a33
- 12. o en forma reducida A = (aij ) ∈ M3 (k), donde k es cuerpo (por ejemplo, k = R o k = C. El s´ ımbolo aij se refiere a la entrada situada en la fila i y columna j. MATLAB usa una notaci´n similar para representar los elementos de una matriz. o %pascal no funciona en Octave >> A=pascal(5) >> A(1,2) >> A(3,4) En general, A(i,j) se refiere al elemento de la fila i, columna j de la matriz A. Tambi´n es f´cil cambiar el valor de una entrada. e a >> A(3,3)=11111 2.1. Algo m´s sobre indexado. a Cuando se indexa una matriz, los sub´ındices pueden ser vectores. Esta es una herramienta de gran alcance que permite extraer f´cilmente una submatriz de una a matriz. >> A=magic(6) >> A([1,2],[3,4,5]) La notaci´n A([1,2],[3,4,5]) referencia a la submatriz formada por los elementos o que aparecen en las filas 1 y 2 y en las columnas 3, 4 y 5 de la matriz A. El comando >> A([1,3,5],[1,2,3,4,5,6]) produce una submatriz con las filas 1, 3 y 5 de la matriz A. Si se recuerda que la notaci´n 1:6 representa al vector [1,2,3,4,5,6] y que la notaci´n 1:2:6 representa o o al vector [1,3,5], de este modo se tiene que A([1:2:6],[1:6]) es equivalente a A([1,3,5],[1,2,3,4,5,6]). >> A([1:2:6],[1:6]) Si se usa el s´ ımbolo dos puntos en lugar de sub´ ındices, se indica todo el rango. As´ ı,
- 13. >> A(:,1) produce la primera columna de la matriz A, y >> A(3,:) genera la tercera fila de la matriz A. En cierto sentido, la notaci´n A(3,:) se puede o leer como “Tercera fila, todas las columnas.” El comando >> A(1:3,:) produce una submatriz compuesta de las tres primeras filas de la matriz A. El co- mando >> A(:,1:2:6) produce una submatriz compuesta de las columnas 1, 3 y 5 de la matriz A. 3. Construcci´n de matrices o Con MATLAB se pueden crear matrices m´s complejas a partir de otras matrices y a vectores. 3.1. Construcci´n de matrices con vectores. o Cr´ense tres vectores fila con los comandos e >> v1=1:3 >> v2=4:6 >> v3=7:9 El comando >> M=[v1;v2;v3] construye una matriz con los vectores v1, v2 y v3, cada uno formando una fila de la matriz M . El comando
- 14. >> N=[v1,v2,v3] produce un resultado completamente diferente, pero con sentido. C´mbiense los vectores v1,v2,v3 en vectores columna con el operador de trasposi- a ci´n. o >> v1=v1’ >> v2=v2’ >> v3=v3’ El comando >> P=[v1,v2,v3] construye una matriz con los vectores v1,v2,v3 como columnas de la matriz P . Se puede obtener el mismo resultado con la transpuesta de la matriz M . >> P=M’ T´ngase en cuenta que las dimensiones deben coincidir: cuando se construyen e matrices, hay que asegurarse que cada fila y columna tengan el mismo n´mero de u elementos. Por ejemplo, la siguiente secuencia de comandos producir´ un error. a >> w1=1:3;w2=4:6;w3=7:10; >> Q=[w1;w2;w3] 3.2. Construcci´n de matrices con otras matrices. o Es una cuesti´n simple aumentar una matriz con un vector fila o columna. Por o ejemplo, >> A=[1,2,3,4;5,6,7,8;9,10,11,12] >> b=[1,1,1]’ >> M=[A,b]
- 15. es v´lido, pero a >> M=[A;b] no lo es; aunque s´ lo es ı >> c=[1,1,1,1] >> M=[A;c] Se pueden concatenar dos o m´s matrices. As´ a ı, >> A=magic(3),B=ones(3,4) >> M=[A,B] es v´lido, pero a >> N=[A;B] no lo es; aunque s´ lo es ı >> C=[1,2,3;4,5,6] >> P=[A;C] 3.3. La imaginaci´n es el l´ o ımite. Las capacidades de construir matrices de MATLAB son muy flexibles. Consid´rese e el siguiente ejemplo. >> A=zeros(3),B=ones(3),C=2*ones(3),D=3*ones(3) >> M=[A,B;C,D] Se puede construir una matriz de Vandermonde de la siguiente manera >> x=[1,2,3,4,5]’ >> N=[ones(size(x)),x,x.^2,x.^3,x.^4]
- 16. O tambi´n matrices por bloques e >> B=zeros(8) >> B(1:3,1:3)=[1,2,3;4,5,6;7,8,9] >> B(4:8,4:8)=magic(5)
- 17. Ejercicios de la pr´ctica 2 a Ejercicio 1. Escribe los comandos de MATLAB que generan las siguientes matrices. 10 5 −6 1 1 3 0 −5 −8 −4 1.) −3 −1 6 8 2.) . −5 −10 3 4 4 10 −7 8 8 −5 Ejercicio 2. Escribe un solo comando que cree una matriz 3×5 con cada entrada igual a −3. Ejercicio 3. Crea una matriz de Hilbert con los siguientes comandos. %Format rat no funciona en Octave >> format rat >> H=hilb(5) >> format Escribe una f´rmula para la posici´n (i, j) de la matriz H. o o Ejercicio 4. Explica la diferencia entre los comandos floor, ceil, round y fix. Apoya tu explicaci´n con ejemplos en MATLAB. o Ejercicio 5. Escribe un comando MATLAB que genere una matriz 4 × 4 con valores aleatorios enteros entre −5 y 5. Ejercicio 6. El operador ′ genera realmente la conjugada traspuesta de una ma- triz. Para verlo, introduzca la matriz A=[1,2+i,sqrt(2);3,3-i,sqrt(-1)], teclea entonces A’. Describe el resultado. ¿Qu´ ocurre si ponemos A.’? Explica la diferencia e entre los operadores de trasposici´n ’ y .’. o Ejercicio 7. ¿Cu´l es la entrada en fila 5 y columna 7 de la matriz pascal(10)? a Ejercicio 8. Sea T=toeplitz(1:7). Escribe un comando de MATLAB que 1. coloca las filas pares de la matriz T en una matriz B. 2. coloca las filas impares de la matriz T en una matriz C. 3. coloca la ultima columna de la matriz T en un vector b. ´ Ejercicio 9. Sea x=[0,pi/2,2*pi]. Construye una matriz, con comandos de MATLAB, cuya primera fila es x, la segunda fila est´ formada por el seno cada entrada a de x, y la tercera fila es el coseno de cada entrada de x.
- 18. Ejercicio 10. Sea x=linspace(0,10). Construye una matriz, con comandos de MATLAB, cuya primera columna sea x, la segunda columna est´ formada por los cuadra- e dos de cada entrada de x, y la tercera columna sea el inverso de cada entrada de x.