Математические функции в c. Математические функции – класс Math. Простые типы данных Си

Для всех математических функций необходим заголовок . В программах на языке C используется заголовок

1	acos	Функция double acos(double arg arg
2	asin	Функция double asin(double arg ) возвращает арккосинус аргумента arg . Значение аргумента функции должно лежать в интервале от -1 до 1, иначе произойдет ошибка.
3	atan	Функция double atan(double arg ) возвращает арктангенс аргумента arg .
4	atan2	Функция double atan2(double x , double y ) возвращает арктангенс значения y /x .
5	ceil	Функция double ceil(double num ) возвращает ближайшее целое число (представленное как действительное число с плавающей точкой), которое не меньше значения аргумента num . Например, ceil(1.02) вернет 2.0. Такое преобразование называется округлением с избытком.
6	cos	Функция double cos(double arg ) возвращает косинус аргумента arg
7	cosh	Функция double cosh(double arg ) возвращает гиперболический косинус аргумента arg .
8	exp	Функция double exp(double arg ) возвращает основание натурального логарифма e, возведенное в степень arg .
9	fabs	Функция double fabs(double num ) возвращает абсолютное значение (значение по модулю) аргумента num .
10	floor	Функция double floor(double num ) возвращает наибольшее целое число (представленное как действительное число с плавающей точкой), не превышающее значения аргумента num . Например, floor(1.02) вернет число 1.0. Такое преобразование называется округлением с недостатком.
11	fmod	Функция double fmod(double x, double y) возвращает остаток от деления x/y.
12	frexp	Функция double frexp(double num , int *exp ) раскладывает число num на мантиссу, изменяющуюся в диапазоне от 0.1 до 1, не включая 1, и целый показатель степени, так что num = mantissa . Функция возвращает мантиссу, а значение показателя степени сохраняется в переменной, на которую ссылается указатель exp .
13	log	Функция double log(double num ) возвращает натуральный логарифм числа num . Если аргумент num
14	log10	Функция double log10(double num ) возвращает десятичный логарифм числа num . Если аргумент num отрицателен или равен нулю, возникает ошибка.
15	pow	Функция double pow(double base , double exp ) возвращает число base , возведенное в степени exp . Если основание степени base равно нулю, а показатель степени exp меньше или равен нулю, может произойти ошибка, связанная с выходом аргумента из области определения функции (domain error). Это ошибка возникает также, если аргумент base отрицателен, а аргумент exp не является целым числом.
16	sin	Функция double sin(double arg ) возвращает синус аргумента arg . Значение аргумента должно быть выражено в радианах.
17	sinh	Функция double sinh(double arg ) возвращает гиперболический синус аргумента arg .
18	sqrt	Функция double sqrt(double num ) возвращает квадратный корень аргумента num . Если значение аргумента отрицательно, возникает ошибка, связанная с выходом из области определения функции.
19	tan	Функция double tan(double arg ) возвращает тангенс аргумента arg . Значение аргумента должно быть выражено в радианах.
20	tanh	Функция double tanh(double arg ) возвращает гиперболический тангенс аргумента arg .

Для целых чисел определены операции + , - , * и ** . Операция деления / для целых чисел возвращает вещественное число (значение типа float). Также функция возведения в степень возвращает значение типа float , если показатель степени — отрицательное число.

Но есть и специальная операция целочисленного деления, выполняющегося с отбрасыванием дробной части, которая обозначается // (она соответствует операции div в Паскале). Она возвращает целое число: целую часть частного. Другая близкая ей операция − это операция взятия остатка от деления, обозначаемая % (она соответствует операции mod в Паскале). Например:

Print(17 / 3) # выведет 5.66666666667 print(17 // 3) # выведет 5 print(17 % 3) # выведет 2

Некоторые из перечисленных функций (int , round , abs) являются стандартными и не требуют подключения модуля math для использования.

Функция	Описание
Округление
int(x)	Округляет число в сторону нуля. Это стандартная функция, для ее использования не нужно подключать модуль math .
round(x)	Округляет число до ближайшего целого. Если дробная часть числа равна 0.5, то число округляется до ближайшего четного числа.
round(x, n)	Округляет число x до n знаков после точки. Это стандартная функция, для ее использования не нужно подключать модуль math .
floor(x)	Округляет число вниз («пол»), при этом floor(1.5) == 1 , floor(-1.5) == -2
ceil(x)	Округляет число вверх («потолок»), при этом ceil(1.5) == 2 , ceil(-1.5) == -1
abs(x)	Модуль (абсолютная величина). Это — стандартная функция.
Корни, логарифмы
sqrt(x)	Квадратный корень. Использование: sqrt(x)
log(x)	Натуральный логарифм. При вызове в виде log(x, b) возвращает логарифм по основанию b .
e	Основание натуральных логарифмов e = 2,71828...
Тригонометрия
sin(x)	Синус угла, задаваемого в радианах
cos(x)	Косинус угла, задаваемого в радианах
tan(x)	Тангенс угла, задаваемого в радианах
asin(x)	Арксинус, возвращает значение в радианах
acos(x)	Арккосинус, возвращает значение в радианах
atan(x)	Арктангенс, возвращает значение в радианах
atan2(y, x)	Полярный угол (в радианах) точки с координатами (x, y).
degrees(x)	Преобразует угол, заданный в радианах, в градусы.
radians(x)	Преобразует угол, заданный в градусах, в радианы.
pi	Константа π = 3.1415...

Пожалуйста, приостановите работу AdBlock на этом сайте.

Математические вычисления не ограничиваются лишь арифметическими действиями. Кроме них, можно ещё встретить корни, модули, логарифмы, тригонометрические функции и пр. Научимся же использовать подобные функции в своих программах.

Для использования математических функций нужно подключить заголовочный файл math.h . В ней определено много различных функций, но мы пока рассмотрим следующие:

Некоторые математические функции

fabs(x) модуль числа x
sqrt(x) квадратный корень из числа x
sin(x) синус числа x (х в радианах)
cos(x) косинус числа x (х в радианах)
pow(x, y) вычисление x y
exp(x) вычисление e x
log(x) натуральный логарифм числа x
log10(x) десятичный логарифм числа x

Два важных момента.

• Все функции возвращают значение типа double .
• Параметры функций – вещественные числа(double ), но можно передавать и целые числа. При этом произойдёт неявное преобразование типа . Компилятор из целого числа, например 3, сделает вещественное 3.0.

Примеры.
Даны длины катетов прямоугольного треугольника. Вычислить длину гипотенузы. Простая задачка на знание теоремы Пифагора.

Листинг 1.

#include #include // подключаем math.h int main (void) { int a, b, c2; scanf("%d",&a); scanf("%d",&b); c2 = a*a + b*b; printf("c = %.2f\n", sqrt(c2)); return 0; }

Вычислить синус угла ввёденного с клавиатуры. Угол вводится в градусах.

Листинг 2.

#include #include // подключаем math.h int main (void) { double alpha, sin_a, pi = 3.1415926; scanf("%lf",&alpha); alpha = alpha*pi/180; sin_a = sin(alpha); printf("%.2f\n", sin_a); return 0; }

В этой программе есть о чём поговорить. Тригонометрические функции, которые определены в math.h работают с радианной мерой угла. Людям же привычнее работать с градусами. Поэтому в данной программе мы предварительно перевели значение из градусов в радианы . Если этого не сделать, результат получится неправильным. Проверьте это самостоятельно.

Неявное преобразование типов

При явном преобразовании типа мы в скобках перед значением указывали тип, к которому нужно привести данное значение. В неявном преобразовании этого делать не нужно. Компилятор автоматически подберёт необходимый тип.

Неявное преобразование типов осуществляется в следующих случаях:

1. перед передачей аргументов в функцию (как в нашем примере с корнем. Листинг 1.)
2. выполнение арифметических операций с разными типами аргументов
3. перед выполнением присваивания

Правила неявного преобразования типов

• если выполняются арифметические операции с разными типами аргументов. Оба аргумента приводятся к большему типу.
  Порядок типов: int < float < double
• при присваивании. Значение справа от оператора присваивания приводится к типу переменной слева от оператора присваивания. При этом, если больший тип присваивается меньшему, то может произойти потеря точности.

int+float будет автоматически преобразовано к float+float
float/int будет автоматически преобразовано к float/float
double*float будет преобразовано к double*double
int = double double будет преобразовано к int с потерей дробной части
float = int int будет преобразовано к float

В C++ определены следующие арифметические операторы.

Cложение;

– вычитание;

* умножение

/ деление

% деление по модулю

– – декремент (уменьшение на 1)

Инкремент (увеличение на 1).

Действие операторов +, –, * и / совпадает с действием аналогичных опера­торов в алгебре. Их можно применять к данным любого встроенного числового типа.

После применения оператора деления (/) к целому числу остаток будет отбро­шен. Например, результат целочисленного деления 10/3 будет равен 3. Остаток от деления можно получить с помощью оператора деления по модулю (%). На­пример, 10%3 равно 1. Это означает, что в С++ оператор % нельзя применять к нецелочисленным типам данных.

Операторы инкремента (++) и декремента (– –) обладают очень интересными свойствами. Поэтому им следует уделить особое внимание.

Оператор инкремента выполняет сложение операнда с числом 1, а оператор декремента вычитает 1 из своего операнда. Это значит, что инструкция:

аналогична такой инструкции:

А инструкция:

аналогична такой инструкции:

Операторы инкремента и декремента могут стоять как перед своим операн­дом (префиксная форма), так и после него (постфиксная форма). Например, ин­струкцию

можно переписать в виде префиксной

Х;//префиксная форма оператора инкремента

или постфиксной формы:

х++;//постфиксная форма оператора инкремента

В предыдущем примере не имело значения, в какой форме был применен опе­ратор инкремента: префиксной или постфиксной. Но если оператор инкремента или декремента используется как часть большего выражения, то форма его при­менения очень важна. Если такой оператор применен в префиксной форме, то C++ сначала выполнит эту операцию, чтобы операнд получил новое значение, которое затем будет использовано остальной частью выражения. Если же опера­тор применен в постфиксной форме, то С++ использует в выражении его старое значение, а затем выполнит операцию, в результате которой операнд обретет но­вое значение.

Математические функции

В языке С++ имеются специальные функции для расчета алгебраических выражений. Все такие функции находятся в отдельном заголовочном файле math.h. Поэтому для использования функций в коде программы необходимо подключить данный файл с помощью директивы

#include

Приведем основные алгебраические функции С++.

abs(x) - модуль целого числа;

labs(x) - модуль «длинного» целого;

fabs(x) - модуль числа с плавающей точкой;

sqrt(x) - извлечение квадратного корня;

pow(x,y) - возведение x в степень y;

cos(x) - косинус;

sin(x) - синус;

tan(x) - тангенс;

acos(x) - арккосинус;

asin(x) - арксинус;

atan(x) - арктангенс;

exp(x) - експонента в степени x;

log(x) - натуральный логарифм;

log10(x) - десятичный логарифм

При возведении числа в дробную степень, знаменатель дробной степени нужно записывать в вещественном виде. Например: квадратный корень из а записывается так: pow(a,1/2.0 )

Продемонстрируем использование функций на примерах.

5. Операторы ввода/вывода на языке С++

Для вывода сообщения на экран используется следующий оператор C++:

cout<<”текст”;

#include

Информация, заключенная в двойные кавычки, яв­ляется сообщением, которое должно быть выведено на экран. В языке C++ любая последовательность симво­лов, заключенная в двойные кавычки, называется стро­кой потому, что она состоит из не­скольких символов, соединяемых вместе в более крупный блок (элемент).

Строка в операторе COUT может содержать так называемые подстановочные символы - символы, которых нет на клавиатуре или они заняты под ключевые символы в тексте программы. Перед каждым таким подстановочным символов ставится символ «\».

Приведем перечень таких символов:

\a – звуковой сигнал

\n – переход на новую строку

\t – горизонтальная табуляция

\v – вертикальная табуляция

\\ - обратный слеш

\’ – одинарная кавычка

\” – двойная кавычка

\? – знак вопроса.

Например, оператор вида:

cout>>“пример\nтекста”;

Слово «пример» выведет на одной строке, а слово «текста» на другой.

Оператор вида:

cout>>“магазин\»”чайка\””;

Слово «Чайка» отобразит в двойных кавычках.

Кроме текса оператор может выводить на экран значения переменных, комбинируя их с текстом.

cout<<”a=”<

Форматированный вывод

Для выдачи значений заданной длины или точности оператор cout имеет ряд настроек:

cout.width(число) – общая длина выводимого значения

cout.precision(число) – число знаков после запятой

cout.fill(‘символ-заполнитель’) – символ, которым заполняются лишние позиции на экране

Настройка cout.width после выполнения одного оператора вывода сбрасывается в начальное значение. Поэтому ее приходится указывать отдельно для каждой переменной или строки.

Настройки этих параметров должны проводиться до вызова оператора вывода.

Например:

//описываем переменные

float a=125.478, b=625.365;

//задаем число знаков поле запятой

cout.precision(2);

//задаем заполнитель для лишний позиций

cout.fill(‘0’);

//выдаем значения переменных на экран

cout<<”a=”;

cout<<” b=”;

//задаем общую длину для числа

Регулировка ширины поля (width) и заполнителя (fill) имеет смысл при выдачи данных в таблицу. Чаще всего можно обойтись только настройкой precision.

Очистка экрана

Язык С++ имеет функцию, позволяющую очищать экран от текстовой информации. Эта функция имеет вид:

Данная функция находится в заголовочном файле conio.h. Поэтому для ее использования данный файл должен быть подключен с помощью директивы:

#include

Организация паузы для просмотра результата

После выполнения программы обычно происходит автоматичский возврат в окно с исходным текстом. Это не позволяет просмотреть результат, который программа выдает на экран. Выходом из этой ситуации может быть использование клавиш Alt+F5, при нажатии на которые происходит скрытие окна с кодом программы. Повторное нажатие на эти клавиши возвращает окно с кодом на экран.

Однако, если создать исполняемый EXE файл, то использовать эти клавиши будет невозможно и результат останется невидимым для пользователя.

Для решения данной проблемы в конце программы можно добавлять функцию, которая приостанавливает работу до нажатия любой клавиши. Эта функция имеет вид:

getch ();

Данная функция находится в заголовочном файле conio.h. Поэтому для ее использования данный файл должен быть подключен с помощью директивы:

#include

Оператор ввода данных с клавиатуры

Для вода данных с клавиатуры в С++ имеется оператор:

cin>>переменная;

Данный оператор приостанавливает работу программы и ждет пока пользователь не введет значение переменной и на нажмет ENTER.

C помощью одного оператора можно ввести значения нескольких переменных. Для этого оператор записывают в виде:

cin>>переменная1>>переменная2>>. . .>>переменнаяn;

При запуске программы каждое значение вводится через пробел и в конце нажимают ENTER.

Оператор COUT находится в заголовочном файле iostream.h. Поэтому для его использования данный файл нужно подключить с помощью директивы:

#include (начало)

6. Пример программы на С++

Для демонстрации решим одну задачу. Составить программу для нахождения значения функции:

Программа может иметь вид:

//подключаем файл для организации ввода/вывода

#include

//подключаем файл для использования алгебраических функций

#include

//подключаем файл для вызова функции очистки экрана

#include

//заголовок главной программы

//описываем три переменных вещественного типа

//очищаем экран

//выдаем текстовую подсказку на экран

cout<<"Введите значения a и b:";

//запрашиваем ввод с клавиатуры двух переменных: a и b

//считаем значение функции

c=sin(a)+pow(cos(b),2);

//устанавливаем точность вывода результата 3 знака полсе запятой

cout.precision(3);

//выводим результат на экран

cout<<"Функция равна:"<

cout<<"Для продолжения нажмите любую клавишу. . .";

//делаем паузу для просмотра результата

//завершаем работу главной программы

Math.h — заголовочный файл стандартной библиотеки языка С, разработанный для выполнения простых математических операций. Поскольку С++ также реализует данные функции для обеспечения совместимости (все они содержатся в заголовочном файле cmath) ми будем рассматривать эти языки вместе. Под Linux и FreeBSD математические функции хранятся отдельно в математической библиотеке libm. Таким образом, если любая из этих инструкций используется, при сборке линкеру должна быть передана опция -lm. Так как в результате большинства математических операций получатся дробные числа, все функции библиотеки принимают double. Для работы с типами float и long double используются функции с постфиксами f и l соответственно.

Complex.h — заголовочный файл стандартной библиотеки языка программирования С, в котором объявляются функции для комплексной арифметики. Эти функции используют встроенный тип complex, который появился в стандарте C99. Функции в заголовочном файле complex.h представлены для трёх типов— double, float и long double (значения представлены в радианах): для вычисления тригонометрических значений синуса, косинуса, тангенса и котангенса для комплесных чисел, логарифм и экспонент, корень.

GNU (GSL) — это свободное программное обеспечение под лицензией GNU General Public License. Библиотека предоставляет широкий спектр математических процедур, таких как генераторы случайных чисел, специальных функций и наименьших квадратов. Есть более 1000 функций в общей сложности с обширным набором тестов. В отличие от лицензий собственных численных библиотек лицензия GSL не ограничивает научное сотрудничество. Для подключения библиотеки вы должны написать: $\# include $. Чтобы использовать в C ++ обработку исключений в рамках пользовательских функций, переданных в библиотеку в качестве параметров, библиотека должна быть построена с опцией компиляции -fexceptions. Библиотека может быть использована в многопоточных программах. Все функции поточные в том смысле, что они не используют статические переменные. Память всегда связана с объектами, а не с функциями. Для функций, объекты которых используют рабочее пространство в качестве временного хранилища рабочие области должны быть выделены на основе каждого потока. Для функций, которые используют табличные объекты, память может использоваться несколькими потоками одновременно. Таблица аргументов всегда объявляются константой в прототипах функций, чтобы показать, что они могут быть безопасно доступны из различных потоков.

Вот примерные программы на С++ с использованием математических библиотек:

Найти синус и косинус А

#include // математическая библиотека

using namespace std;

cout << «Input A = »; cin>>a; //ввод а

b=cos(a); //присваивание значений

cout << «Cos A = „<

Вывод программы:

Найти exp от числа А

#include // библиотека ввода-вывода

#include // математичекая библиотека

#include

#include

using namespace std;

SetConsoleOutputCP(1251);

double a,b,c; // переменные типа double

cout << “Input A = »; cin>>a; //ввод а

b=ceil(a); //присваивание значаный

cout << «Большее целое число A = „<

Вывод программы:

Возведите число в степень по заданным значениям

#include // библиотека ввода-вывода

#include // математичекая библиотека

#include

#include

using namespace std;

SetConsoleOutputCP(1251);

double a,b; // переменные типа double

cout << “Введите число = »; cin>>a;

cout << «Введите степень = »; cin>>b;

cout << «Число в степени = „<

Вывод программы:

Решение квадратного уравнения

# include

# include # include

using namespace std;

double a = 1, b = 2, c = 1;

i = gsl_poly_solve_quadratic (a, b, c, &x0, &x1);

if (i == 2) cout << “x0 =»<< x0 << " x1 ="<< x1 << endl;

if (i == 1) cout<< «x0 = » << x0 << endl;

if (i == 0) cout<< «No solve » << endl;

Вывод программы:

Как использовать статистические функции

#include

#include

double data = {17.2, 18.1, 16.5, 18.3, 12.6};

double mean, variance, largest, smallest;

mean = gsl_stats_mean(data, 1, 5);

variance = gsl_stats_variance(data, 1, 5);

largest = gsl_stats_max(data, 1, 5);

smallest = gsl_stats_min(data, 1, 5);

printf («The dataset is \%g, \%g, \%g,\%g, \%g \ n»,

data, data, data, data, data);

printf («The sample mean is \%g\ n», mean);

printf («The estimated variance is \%g\ n», variance);

printf («The largest value is \%g \ n», largest);

printf («The smallest value is \%g \ n», smallest);