Умножение и деление осуществляют построением пропорциональных отрезков, которые отсекают на сторонах угла параллельные прямые (MA и BC на рис. 2 ). Так построены отрезки 1, а , б и с , длины которых удовлетворяют соотношению а : 1 = с : b , откуда с = аb или b = с/а ; следовательно, зная два из трёх отрезков a , b и с , всегда можно найти третий, т. е. можно построить произведение или частное двух чисел. При этом построении единичные отрезки на прямых OB и OC могут быть различными.
Комбинируя действия умножения и сложения, графически вычисляют суммы произведений вида
a1x1 + a2x2 + ... + anxn
и взвешенное среднее
(a1x1 + ... + anxn )/(a1 + ... + а2 ).
Графическое возведение в целую степень заключается в последовательном повторении умножения.
Построение значений многочлена
f (x ) = axn + a1xn-1 + ... + an-1x + an
основано на представлении его в виде
f (x ) = {[(ax + a1 )х + а2 ]х + ...}х + аn
и последовательном графическом выполнении действий, начиная с выражения, заключённого во внутренние скобки.
Графическое решение уравнения f (x ) = 0 заключается в вычерчивании графика функции у = f (x ) и нахождении абсцисс точек пересечения кривой с осью Ox , которые и дают значения корней уравнения. Иногда решение можно значительно упростить, если представить уравнение в виде j1 (x ) = j2 (x ) и вычертить кривые y = j1 (x ) и y = j2 (x ). Корнями уравнения будут значения абсцисс точек пересечения этих кривых (на рис. 3 показано нахождение корня x ).
Так, для решения уравнения третьей степени z3 + az2 + bz + c = 0 его приводят к виду x3 + px + q = 0 заменой z = х — а /3, затем уравнение представляют в виде x3 = —px — q и вычерчивают кривую у = х3 и прямую у =—px — q . Точки их пересечения определяют корни x1 , x2 , x3 уравнения. Построение удобно тем, что кубическая парабола у = х3 остаётся одной и той же для всех уравнений третьей степени. На рис. 4 решено уравнение x3 — 2,67x — 1 = 0. Его корни x1 = —1,40, x2 = — 0,40, x3 = 1,80. Аналогично решается уравнение четвёртой степени z4 + az3 + bz2 + cz + d = 0. Подстановкой z = x — a /4 его приводят к виду x4 + px3 + qx + s = 0 и затем переходят к системе уравнений: у = х2 , (х – х )2 + (у — у )2 = r2 , вводя переменное y . Здесь x = —q /2, у = (1 – р )/2 и
Первое уравнение даёт на плоскости параболу, одну и ту же для всех уравнений четвёртой степени, второе — окружность радиуса
г , координаты центра
x ,
y которой легко подсчитать по коэффициенту данного уравнения. На
рис. 5 решено уравнение
x4— 2,6
x2 — 0,8
х — 0,6 = 0 (для него
x = 0,4;
y = 1,8,
r = 2). Его корни
x1 =
— 1,55,
x2 = 1,80. Как видно из
рис. , уравнение др. действительных корней не имеет.
Графическое интегрирование. Вычисление определенного интеграла
основано на замене графика подинтегральной функции
y =
f (
x ) ступенчатой ломаной. На
рис. 6 изображена криволинейная трапеция
aABb , площадь которой численно равна вычисляемому интегралу. Для построения ломаной криволинейную трапецию разрезают прямыми, параллельными оси
Оу , на ряд полос — элементарных криволинейных трапеций. В каждой из них отрезок кривой заменяют отрезком, параллельным оси
Ox , так, чтобы получающиеся прямоугольники имели примерно ту же площадь, что и соответствующие элементарные криволинейные трапеции (ломаная изображена на
рис. 6 жирной линией). Площадь, ограниченная ломаной, равна сумме площадей построенных прямоугольников, т. е.
D
xk — длина основания
k- гo прямоугольника,
yk — одно из значений функции
у =
f (
x ) на отрезке D
xk , равное высоте прямоугольника. Это выражение принимают за приближённое значение интеграла
Сумму
вычисляют графически так, как уже было указано. На
рис. 7 выполнены все построения, необходимые для вычисления интеграла
где функция
y =
f (
x ) задана графиком
AC ...
C4B .
После разбиения криволинейной трапеции на части прямыми, проходящими через точки
A1 , ...,
A4 , построены прямоугольники. Высоты их, ординаты точек
C , ...,
C4 , снесены на ось
Оу . Полученные точки
P ,
...,
P4 соединены с точкой
Р (
OP = 1). Затем, начиная от точки
а ,
построена ломаная
aB1 ...
B5 , звенья которой параллельны соответствующим отрезкам
PP ,
PP1 , ...,
PP4 . Величина интеграла численно равна ординате точки
B5 . Для построения графика первообразной функции
y =
f (
x ), т. е.
достаточно соединить плавной кривой вершины ломаной, получаемой при вычислении
(на
рис. 7 точки
B ,
B1 , ...,
B5 ).
Графическое дифференцирование . График производной можно строить по значениям тангенса угла наклона касательной к графику данной функции в различных его точках. Точность такого построения мала из-за больших погрешностей при определении направлений касательных. График производной строят также по секущим, повторяя в обратном порядке процесс графического интегрирования, изображенный на рис. 7 . Для этого график функции (рис. 8 ) разбивают на части прямыми, параллельными оси Оу и проведёнными через равные расстояния Dx. Через точки деления A1 , A2 , ... проводят отрезки AB1 , A2B2 , …, параллельные оси Ox . Отрезки B1A1 , B2A2 , ... равны соответствующим приращениям функции. Их откладывают от оси Ox . По полученным точкам
строят ступенчатую ломаную. Затем проводят кривую, следя за тем, чтобы криволинейные треугольники в пределах одной ступени ломаной имели равные площади. Эта кривая и является графиком производной.